4）壁面和近壁面網格處理原則

在解決流體力學問題時，多采用湍流模型來處理，需要注意的是湍流模型一般是針對充分發展的湍流，一般應用于高 Re 數的流動中。但是，一般近壁區由于黏性的作用，Re數往往并不大，湍流的發展不充分，脈動項不如黏性項的作用大，所以近壁區一般不能用湍流模型來簡單處理，需要對近壁區采取特殊處理。在劃分網格時就需要注意這一點。

• 壁面邊界層

對于有壁面的流動，一般分為近壁區和核心區進行考慮，近壁區主要是未充分發展的湍流，而核心區則是充分發展的湍流。近壁區由于受到壁面的影響，可以分為三個部分：

(1）黏性底層

黏性底層是緊貼壁面的一層極薄的流體，在黏性底層的流動中，能量、質量和動量的交換主要是黏性力的作用，可以忽略湍流切應力，看成是層流流動。在黏性底層平行于壁面分析的速度分量沿壁面法線方向呈線性分布。

(2）過渡層

過渡層是在黏性底層之外對數層之間的一層流體，過渡層中，黏性力和湍流切應力的作用處在同一個量級，流動的情況比較復雜，但是過渡層非常薄，在實際中，過渡層一般作為對數層來處理。

(3）對數層

對數層是近壁區的最外層，黏性力的影響不明顯，主要是受湍流切應力的控制，湍流基本處于充分發展的狀態，流速的分布接近對數規律。

ANSYS FLUENT處理近壁區的流動時，采用的是壁面函數法，有標準壁面函數法、非平衡壁面函數法和增強壁面函數法，壁面函數法的本質是在黏性底層直接按照半經驗公式求解，而在對數層應用湍流模型來求解。

(1）標準壁面函數法

標準壁面函數法利用對數校正法提供了必需的壁面邊界條件。

優點：

應用廣泛、計算量較小，適用性更強，精度較高。

缺點：

適用于高Re數的流動，對低Re數流動適應性較差，不適用于大壓力梯度、大體積力、低 Re 數、高速三維流動、高度蒸騰等問題。

(2）非平衡壁面函數

非平衡壁面函數法可以用來改善高壓力梯度、分離、再附著等情況。

優點：

考慮了壓力梯度，可以計算分離、再附著、撞擊等問題。

缺點：

對于低Re數、較強壓力梯度、強體積力、強三維性的問題不適用。

(3）增強壁面處理

增強壁面處理的方法把混合邊界模型和兩層邊界模型結合起來，對低Re數流動或者復雜近壁流動現象比較合適，湍流模型在內層上得到了修正。

優點：

不依賴壁面法則，對于復雜壁面流動，低 Re 數流動非常合適。

缺點：

要求網格細密，占用計算機資源大。

總的來說，一般高 Re 數流動選用標準壁面函數法和非平衡壁面函數法即可較好地解決問題，而對于低Re數和復雜近壁區流動的問題則選取增強壁面函數法可以較好地解決問題。

• 近壁區網格處理