Fluent湍流模型中壁面函数选择建议
责任编辑:1440分钟     时间:2024-02-18     来源:转载于:https://mp.weixin.qq.com/s/NDpJN0J5zSgT0Z9w8luidw
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Fluent对于流动的近壁处理方式,如图1所示。

(1)基于近壁面粗糙网格+壁面函数法;

(2)基于近壁面细密网格+近壁模型法。


image.png

图1 Fluent中近壁处理方法示意图


壁面函数法在近壁求解时,使用壁面函数,来模拟近壁流动,因此只需要在壁面附近产生粗糙的网格,如图1所示,通过引入一个无量纲变量y+,来表征近壁流动:
(1)image.png为粘性子层;
(2)  image.png,为过渡层;
(3)image.png ,为湍流完全发展层。

                                                                     image.png
                                                                                             图2 近壁流动区域划分示意图
                                                        image.png

                                                                                                        图3 壁面处理方式


如图,ANSYS Fluent提供了五种壁面处理方式(2020R1版本):

(1)Standard Wall Functions(标准壁面函数)
是fluent默认的选项,适用于高雷诺数流动,计算开销小,在工业中有广泛的应用,适合于壁面附近流动对所研究问题影响不大的情况,不适合大压力梯度;
(2)Scalable Wall Functions(比例适应壁面函数)
适合于高雷诺数流动,避免了标准壁面函数在y+<11时,结果恶化,该壁面函数为任意细化的网格产生一致的结果,对于较粗的网格,与标准壁面函数的计算结果相同,近壁过密的网格情况下不推荐使用,该壁面函数对y+比较敏感,不建议使用。
(3)Non-Equilibrium Wall Functions(非平衡壁面函数)

考虑了压力梯度效应,因此,对于涉及到分离、再附着、及撞击等平均速度与压力梯度相关且变化迅速的复杂流动问题,推荐使用非平衡壁面函数。但是非平衡壁面函数不适合低雷诺数问题。非平衡壁函数可用于K-ε 模型和雷诺应力输运模型;

(4)Enhanced Wall Treatment(增强壁面处理)
k-ε方程是一个近壁面模型方法,结合了一个两层的模型,适用于低雷诺数流动,可用于所有的ε-equation模型(二次RSM除外)。如果近壁网格足够细,能够求解粘性子层(通常第一个近壁节点位于y+=1),那么增强的壁处理将与传统的两层区域模型相同。然而,近壁网格必须处处足够细的限制可能会带来太大的计算需求;
(5)Menter_Lechner

该壁面处理方式,主要解决流体结果与y+的敏感性问题,该方法对y+的适应性比较好,因此推荐使用。

下面通过一个实例,来对比不同Y+下使用Menter_Lechner壁面处理方式的计算结果。


                   image.png

             image.png

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        image.png

由以上计算结果可知,y+由8.37变化到1.75,而计算的最大速度值由27.3m/s变化为27.6m/s,基本没有发生变化,由此可见,该壁面处理方式的稳健性。


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