Y+的查看及FLUENT壁⾯函数的选择
y+的查看
其实,我们关⼼的应该是壁⾯y+值。那么我们看云图的话,是可以直接看到的,但是个⼈感觉,如果case⼤的话,也不是很⽅便。此外,你要是看云图的话,要⽤filled的⽅式,
⽽且把node value选上,不然显⽰的是插值结果,那样不对。
推荐你⽤plot图看,在Plot⾥⾯,有xy-plot和histogram两个。这两个都要选择统计位置,请把所有的壁⾯选上,注意⾥⾯有内部体的boundary名称,如那些interior,就不要选。
y+的值在turbulence/Wall Y plus⾥⾯。然后进⾏historam或plot。
histogram⾥⾯能告诉你不同y+的⽹格个数都有⼏个,其中最右边那个就是你最⼤的y+值。但是xy-plot⾥⾯,你是可以直接看到具体y+值的,也能通过曲线特点分出来是哪个⾯
的。
壁⾯函数问题
1、⽆论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型,还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍流才有效的,也就是说,这些模型均是⾼Re数的湍流模型。它们只能⽤于求解处于
湍流核⼼区的流动。⽽壁⾯函数是对近壁区的半经验描述,是对某些湍流模型的补充(近壁区对整体流动影响较⼤和低雷诺数Re的情况),通过壁⾯函数法和低Re数k—ε模型
与标准k—ε模型和RNGk—ε模型配合,成功解决整个整个管道的流动计算问题。
2、在壁⾯区,流动情况变化很⼤。
解决这个问题⽬前有两个途径:
⼀、是不对粘性影响⽐较明显的区域(粘性底层和过渡层)进⾏求解,⽽是⽤⼀组半经验的公式(即壁⾯函数)将壁⾯上的物理量与湍流核⼼区内的相应物理量联系起来。这就
是壁⾯函数法。在划分⽹格的时候,不需要在壁⾯区加密,只需要把第⼀个节点布置在对数律成⽴的区域内,即配置在湍流充分发展区域。
如果要⽤到壁⾯函数的话,在define---modle--viscous⾯板⾥有near wall treatment⼀项。可以选择标准壁⾯函数、不平衡壁⾯函数等。
⼆、是采⽤低Re数的k—ε模型来求解粘性底层和过渡层,此时需要在壁⾯区划分⽐较细密的⽹格,越靠近壁⾯,⽹格越细。当局部湍流的Re数⼩于150时,就应该使⽤低Re数
的k—ε模型。
总结:相对于低Re数的k—ε模型,壁⾯函数法计算效率⾼,⼯程实⽤性强。但当流动分离过⼤或近壁⾯流动处于⾼压之下时,不是很理想。在划分⽹格的时候,需要在壁⾯的位
博客为什么没人用了置设置边界层⽹格,原因也是如此。
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为什么要⽤壁⾯函数??就是因为,k-epsilon模型中,k的boundary condition已知,在壁⾯上为零,⽽epsilon的boundary condition 在壁⾯上为⼀未知的⾮零量,如此如何来解
两⽅程模型所以,我们就需要壁⾯函数来确定⾄少第⼀内节点上的值,当然也包括壁⾯上的值。实际上就是把epsilon⽅程的boundary condition放到了流体内部。⾄于壁
⾯函数的应⽤范围,要看它是如何获得的,简单说,他们都是由于,靠近壁⾯,雷诺应⼒在粘性底层内基本消失,所以,navier-stokes变为可解,⽽求得。所以,凡是应⽤壁⾯
函数求得的节点,都应设置在粘性底层(y+<5-8)或者⾄少为线性底层(y+<30?具体数值忘记了),当然你放得越低,精度越⾼,但是⽹格越⼩。我在matlab内⾃⼰写的code,在y+
<5-8内放10层,fluent应该可以更⾼。放在fully developed region是完全错误的。
-------这短话理解得有问题
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为什么要使⽤壁⾯函数呢?
⾸先,在CFD中应⽤湍流模型并不⼀定需要使⽤壁⾯函数,在粘性⽀层中可以对N-S⽅程直接求解。在粘性⽀层中,速度梯度很⼤,vorticity不为零,所以要直接求解,就必须在
粘性⽀层中布置较多节点,⼀般要10层以上,这就是⼀般的低Re数湍流模型。当然这样将占⽤较多的计算资源。
⽽在边界层中,是存在解析解的,如果在粘性⽀层内不求解三维N-S⽅程,⽽⽤⼀维数学模型代替,将⼤⼤降低计算资源的使⽤,这就是壁⾯函数。⼀般⾼Re数湍流模型都使⽤
壁⾯函数。第⼀层⽹格节点布置在粘性⽀层之外。那么你如何判断你的边界层⽹格节点布置是否合适呢?这就要检查你的y+,y+就是第⼀层⽹格质⼼到壁⾯的⽆量纲距离,与速
度、粘度、剪应⼒等等都有关系。对于y+的值,各个学者推荐的范围是不⼀样的,但⼀般在30-60之内肯定是没有问题的。也有推荐10-110甚⾄200的。y+的值合理,意味着你的
第⼀层边界⽹格布置⽐较合理,如果y+不合理,就要调整你的边界层⽹格。
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在划分⽹格时,把第⼀个内节点布置在对数律成⽴的范围内,即配置到旺盛湍流区域,11..5~30< y+<200~400。
流场计算完后,查看:Display>Contours…> Contours of /Turbulence…/Wall Yplus
如果y+ 的值⼤于该范围,应该加密该区域⽹格,重新计算,再查看y+ ,如果仍不在其范围,继续加密⽹格。
壁⾯⽹格加密可采⽤⾃适应⽹格:
Adapt>Y+/Y*…,Options选项,只选Refine ;Type选Y+;点击Mark,再点击Adapt;及完成⽹格加密。
⾮平衡壁⾯函数(Non-Equilibrium Wall Function)主要应⽤于以下情况:
涉及分离、再附着、冲击等受压⼒梯度影响的远离平衡的复杂流动
Enhanced Wall Treatment要求y+ <4~5。
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⼀个成功的湍流计算离不开好的⽹格。在许多的湍流中,空间的有效粘性系数不同,是平均动量和其它标量输运的主要决定因素。因此,如果需要有⾜够的精度,这就需要保证湍流量要⽐较精确求解。由于湍流与平均流动有较强的相互作⽤,因此求
要准确求解壁⾯处的流动,需要很细的⽹格,⽤壁⾯函数就是为了避开这⼀点采⽤的近似处理。壁⾯函数在很多书和PAPER⾥都提到过,但不同模型和不同的⼈相差很远,⽽且
没有完整的步骤。我在编程中⽤到⾼雷诺数两⽅程模型,碰到了壁⾯函数的问题: 1)由初始的速度U,按对数律计算U+; 2)由U+计算出Y+; 3)判断Y+>11.5,第⼀内点P位于旺
盛湍流区,符合对数律,求P点U,K,E以及壁⾯W点的U,K,E 4)若Y+<11.5,第⼀内点P位于粘性⽀层,按U+=Y+计算。这是我的理解,但更详细的细节,我还没弄清?⽐
如P、W点的U、V、K、E的具体计算表达式。以上谈到的是规则域的壁⾯函数法处理,对于贴体坐标转换的壁⾯函数法处理起来更复杂,因为与壁⾯平⾏的速度才满⾜对数律。
希望CFD朋友参加讨论,更希望提供详细的步骤和有关壁⾯函数法的⼦程序!
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我的理解:由于k-e⽅程要求⾼雷诺数,所以壁⾯第⼀点应布置在粘性⽀层外,粘性⽀层外⼀定范围内速度分布呈对数分布(这是流体理论的研究结果),⽽壁⾯函数主要处理的
是湍流黏度,k,e,处理这些要⽤到这个粘性⽀层厚度,和速度和切应⼒。如果知道厚度了,就可以根据对数分布求出速度,然后计算其他的。所以壁⾯函数就是要先求出粘性
⼦层厚度Y+,然后求U+(不要求u和u*,u*是为了⽆量纲⽤的,⽤以简化推导和计算,事实上后边⽤的都是u+,y+,知道u+和y+就可以⼲求其他)。
壁⾯函数要求第⼀点布置在湍流旺盛区(就是确定y+,有推导出来的表达式),⽽对数分布的成⽴也是有范围的,所以壁⾯处⽹格的划分才是最关键的,⼀般通过试算搞出来。
这就个⼤概思想,主要的理论你还得看看陶的书,peric的书在怎么推讲得更细致⼀些。希望⼤家补充。
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壁⾯函数:
在划分⽹格时,把第⼀个内节点布置在对数律成⽴的范围内,即配置到旺盛湍流区域,11..5~30< y+<200~400。
流场计算完后,查看:Display>Contours…> Contours of /Turbulence…/Wall Yplus
如果y+ 的值⼤于该范围,应该加密该区域⽹格,重新计算,再查看y+ ,如果仍不在其范围,继续加密⽹格。
壁⾯⽹格加密可采⽤⾃适应⽹格:
Adapt>Y+/Y*…,Options选项,只选Refine ;Type选Y+;点击Mark,再点击Adapt;及完成⽹格加密。
⾮平衡壁⾯函数(Non-Equilibrium Wall Function)主要应⽤于以下情况:
涉及分离、再附着、冲击等受压⼒梯度影响的远离平衡的复杂流动
Enhanced Wall Treatment要求y+ <4~5。
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1.基本思想
对于湍流充分发展的核⼼流动区域使⽤标准的K-epsilon模型或其改进模型求解;对壁⾯分⼦粘性影响明显的区域,直接⽤半经验公式将壁⾯上的物理量与湍流核⼼区内的求解量联系起来,⽽不对壁⾯区内流动求解。也就是将求解的第⼀个内节点布置2.      第⼀个内节点动量⽅程中u和能量⽅程中T与壁⾯函数值间的关联
在湍流充分发展的对数律层,⽆量纲速度和温度服从对数律分布。流体⼒学理论所得到的速度表达式为:

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