Fluent壁面溫度
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent壁面溫度的視頻教程
fluent傳熱壁面設(shè)置 定溫度 對流換熱 輻射 壁面厚度 shell conduction
講述了fluent傳熱壁面設(shè)置參 定溫度 對流換熱 輻射 壁面厚度 shell conduction等參數(shù)設(shè)置及含義
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#310鋼板噴霧冷卻溫度變化及壁面液膜分布FLUENT仿真手把手零基礎(chǔ)入門進(jìn)階有聲解說教程
模擬分析在一定水流量和氣壓下，鋼板的冷卻時(shí)間、溫度分布均勻度（溫度分布均勻度包括：在同一時(shí)刻，鋼板各位置的溫度分布；同一位置，在一定時(shí)間內(nèi)的溫度分布） 網(wǎng)格情況 鋼板噴霧冷卻主要設(shè)置可參見本人的推送文章“鋼板噴霧冷卻FLUENT仿真操作過程”，該文中已包括主要操作步驟，良心文章，可以參考。若需要系統(tǒng)手把手教學(xué)，可考慮本套視頻教程。
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寧老師CAE團(tuán)隊(duì)：Fluent視頻教程-運(yùn)動(dòng)壁面仿真分析
旋轉(zhuǎn)速度均為20rad/s，內(nèi)圓柱溫度為305K，外圓柱溫度為295K，液體為甘油。內(nèi)外圓直徑分別為140mm和240mm
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Fluent壁面溫度的實(shí)例教程
壁面的存在對湍流流動(dòng)有顯著的影響。在靠近壁面區(qū)域的外側(cè)，由于平均速度的大梯度，湍流動(dòng)能的產(chǎn)生使湍流迅速增大。由于壁面是平均渦度和湍流的主要來源，近壁面模型對數(shù)值解的保真度有很大的影響。總之，在近壁面區(qū)域，解變量具有較大的梯度，動(dòng)量和其他標(biāo)量傳輸?shù)陌l(fā)生最為劇烈。因此，近壁區(qū)域流動(dòng)的準(zhǔn)確表征決定了壁面湍流流動(dòng)預(yù)測的成功與否。
大量實(shí)驗(yàn)表明，近壁區(qū)域可大致細(xì)分為三層。在最內(nèi)層，稱為“粘性底層”，流動(dòng)幾乎是層流的，(分子)粘度在動(dòng)量和傳熱傳質(zhì)中起主導(dǎo)作用。外層被稱為完全湍流層，湍流起著主要作用。在粘性底層和完全湍流層之間存在一個(gè)過渡區(qū)域，分子粘度和湍流的影響同樣重要。圖4.13說明了近壁區(qū)域的這些細(xì)分，以半對數(shù)坐標(biāo)繪制。
一般來說，有兩種方法來模擬近壁區(qū)域。第一種方法是，不求解粘性影響的內(nèi)部區(qū)域(粘性底層和過度層)。用半經(jīng)驗(yàn)公式“壁面函數(shù)”來連接壁面與完全湍流區(qū)之間的粘滯影響區(qū)，這種方法稱為“壁面函數(shù)法”。壁面函數(shù)的使用避免了修改湍流模型以考慮壁面存在。第二種方法是，對湍流模型進(jìn)行了修改，使粘滯影響區(qū)域能夠通過網(wǎng)格一直解析到壁面，包括粘滯底層，這種方法稱為“近壁模型”方法。這兩種方法如圖4.14所示
除scalable wall function外，所有壁面函數(shù)的主要缺點(diǎn)是數(shù)值結(jié)果在網(wǎng)格沿壁面法線方向細(xì)化后惡化。小于15的y+值會(huì)逐漸導(dǎo)致壁面剪切應(yīng)力和壁面傳熱誤差無界。ANSYS Fluent已采取措施，提供更先進(jìn)的壁面格式，允許網(wǎng)格細(xì)化，而不會(huì)產(chǎn)生惡化的結(jié)果。這種與y+無關(guān)的公式是所有基于w方程的湍流模型的默認(rèn)公式。對于基于ε方程的模型，mentert - lechner和增強(qiáng)型壁處理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的目的。
只有邊界層的整體分辨率足夠高，才能得到高質(zhì)量的壁面邊界層數(shù)值結(jié)果。
展開 wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" width="214"></p><p><br></p><p> </p><p>以上流程化的東西都可以通過編程實(shí)現(xiàn)</p><p><br></p><p>進(jìn)行了一定的驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，似乎是由于Fluent基于有限體積法，因此上述求出的第一層網(wǎng)格高度y實(shí)際上只是網(wǎng)格中心到壁面的距離，真正的第一層網(wǎng)格高度應(yīng)該為此值的2倍。（自己理解，歡迎私信批評指正）下面的程序已進(jìn)行修正。</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9NYU4E68hy6p4ZtKP3icNRZ3durTRuJbicGUuMrXxJsDA3yCgZFbGrF9sicOwicWLVUaPVvCnAxrWvXg/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" width="100%"></p><h1><br></h1><h1><br></h1><h1 class="ql-align-center">Fluent壁面函數(shù)的選取依據(jù)</h1><p><strong>1. Fluent壁面函數(shù)</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>前面介紹了壁面函數(shù)的由來及相關(guān)的理論，這里我們介紹Fluent中壁面函數(shù)的選取依據(jù)。牢記：使用壁面函數(shù)的前提是y+>15</p><p><br></p><p>Fluent在兩種湍流模型中需要選擇壁面函數(shù)分別是k-e模型和Reynolds Stress雷諾應(yīng)力模型，其他的湍流模型不必考慮壁面函數(shù)的問題，同時(shí)也不必考慮y+問題，我們后面會(huì)詳細(xì)說明。
展開 一些建議：（1）對于epsilon方程，使用enhanced壁面函數(shù)。（2）若壁面函數(shù)有助于epsilon方程，則可以使用scalable壁面函數(shù)。（3）對于基于w方程的模型，使用默認(rèn)的增強(qiáng)壁面函數(shù)。（4）SA模型，使用增強(qiáng)壁面處理。
1、Standard wall functions
ANSYS FLUENT中的標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)是基于launder與spalding的工作，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。
對于標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，在劃分網(wǎng)格時(shí)，把第一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)P布置到對數(shù)分布律成立的范圍內(nèi)，即配置到旺盛湍流區(qū)域。通常，在y+>30~60的區(qū)域，平均速度滿足對數(shù)率分布。在FLUENT程序中，這一條件改變?yōu)閥+>11.225。當(dāng)網(wǎng)格y+<11.225時(shí)，FLUENT中采用層流應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，即：U+=Y+。
對于對一層網(wǎng)格所在的y+值，各個(gè)學(xué)者推薦的范圍是不一樣的，但一般在30-60之內(nèi)肯定是沒有問題的。也有推薦10-110甚至200的。y+的值合理，意味著你的第一層邊界網(wǎng)格布置比較合理，如果y+不合理，就要調(diào)整你的邊界層網(wǎng)格。y+普遍存在于湍流問題中，Y+是由solver解出來的結(jié)果，網(wǎng)格劃分時(shí)，底層網(wǎng)格一般布置到對數(shù)分布律成立的范圍內(nèi)，即11.5~30<=y+<=200~400。在計(jì)算開始時(shí)，y+并不知道，這些值需要在計(jì)算過程中加以調(diào)整。數(shù)值計(jì)算實(shí)踐表明，y+對傳熱特性的影響比較大，往往存在一個(gè)合適的取值范圍，在該范圍內(nèi)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的符合較好。算每個(gè)模型都要先大概算一下，然后得到y(tǒng)+，然后再算第一層高度，重新畫網(wǎng)格，貌似像是一個(gè)迭代的過程。
根據(jù)雷諾相似，我們可以根據(jù)平均速度的對數(shù)分布，同樣給出平均溫度的類似分布。FLUENT提供的平均溫度壁面法則有兩種：1，導(dǎo)熱占據(jù)主要地位的熱導(dǎo)子層的線性率分布；2，湍流影響超過導(dǎo)熱影響的湍流區(qū)域的對數(shù)分布。
展開 導(dǎo)讀：介紹溫度壁面函數(shù)，為什么需要溫度壁面函數(shù)，如果去構(gòu)建？
為什么需要？
在一個(gè)有墻壁的流動(dòng)中，壁面處流動(dòng)速度為零，溫度為壁溫，可以得到速度和溫度分布，如下圖所示。
當(dāng)靠近壁面時(shí)，速度及溫度的梯度越來越大，這些梯度的大小最終決定流體切應(yīng)力和傳熱，因此在有限體積法中，為了保證求解精度，靠近壁面的網(wǎng)格需要越來越小。這里要指出一點(diǎn)的是：與自由流動(dòng)相比，無滑移的壁面邊界條件（壁面速度為0）可能會(huì)使壁面溫度更高或者更低。那么溫度壁面函數(shù)的作用是什么？在有限體積法二階精度算法中，靠近壁面網(wǎng)格熟練過的變化是分段線性的（Piecewise-linear），意味著在靠近壁面時(shí)，需要更薄更多的網(wǎng)格來捕捉越來越大的溫度梯度，并且網(wǎng)格的長寬比也會(huì)因此變大，不利于求解的穩(wěn)定性。為了改善這種情況，需要構(gòu)建靠近壁面處溫度的非線性變化（Non-linear），就可以用一個(gè)大的網(wǎng)格覆蓋壁面，同時(shí)也能夠保證計(jì)算精度。這就是溫度壁面函數(shù)的作用。這與速度壁面函數(shù)的目的是完全一致的，利用非線性變化精簡壁面處的網(wǎng)格。下一個(gè)問題是非線性變化是什么？如何去構(gòu)建？
如何構(gòu)建？
首先通過直接數(shù)值模擬（DNS）得到靠近壁面溫度分布的真實(shí)曲線，如左圖所示，與速度分布曲線相比，其輪廓基本相似。
這意味著可以通過類似的方法來計(jì)算溫度。那么如何用函數(shù)表示這些數(shù)據(jù)呢？
展開 </p><p> </p><p> </p><p>注：</p><p>LES大渦模型在三維模型可以在Fluent湍流模型界面打開，但是二維模型時(shí)，需要輸入文本命令才能打開LES模型。</p><p>文本命令：(rpsetvar 'les-2d? #t)</p><p> </p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy8E8N98eN4wG1xtiaYIT9vbZjHZ8YicbicySpBaUNRQQRkHgndfLzM5dJh46UQGHUrwGibjIxRkcGx16A/640?wx_fmt=png" width="100%"></p><p> </p><p> </p><p> </p><p><strong>6. Fluent壁面處理推薦設(shè)置</strong></p><p><br></p><p>總結(jié)：對于k-e模型和雷諾應(yīng)力模型，可以選擇壁面函數(shù)，也可以設(shè)置近壁面處理；</p><p>對于k-ω模型和Spalart-Allmaras，默認(rèn)方式就是y+不敏感的近壁面處理方式，不需要進(jìn)行任何設(shè)置。</p><p> </p><p>大家選擇壁面函數(shù)時(shí)，推薦使用以下設(shè)置：</p><p><br></p><p>1) 對于基于e方程的模型，直接使用Menter-Lechner(ML- e)或者Enhanced Wall Treatment。盡量不使用壁面函數(shù)。</p><p><br></p><p>2) 對于e方程模型，如果必須使用壁面函數(shù)，那就選擇scalable wall functions</p><p><br></p><p>3) 對于k-ω模型，使用默認(rèn)的y+不敏感的壁面處理方式。
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Fluent壁面溫度的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent壁面溫度的最新內(nèi)容
<h1>由于文章四十五、四十六及四十七都是Fluent壁面函數(shù)的相關(guān)內(nèi)容，為了便于查看，這篇文章將上述三篇文章的內(nèi)容整合到一起，文章內(nèi)容沒有任何增刪。</h1><h1><br></h1><h1><br></h1><h1 class="ql-align-center">壁面函數(shù)理論及y+的確定</h1><p><strong>0. 前言</strong></p><p><br></p><p>什么叫做壁面函數(shù)
<p><strong>0. 前言</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>今天這篇文章，我們介紹一下近壁面處理的方式來求解湍流壁面物理規(guī)律。</p><p><br></p><p>前文<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwMTAyNTc0Mw==&mid=2247484985&idx=1&sn=
<h2><strong>1. Fluent壁面函數(shù)</strong></h2><p><br></p><p>前面介紹了壁面函數(shù)的由來及相關(guān)的理論，這里我們介紹Fluent中壁面函數(shù)的選取依據(jù)。牢記：使用壁面函數(shù)的前提是y+>15</p><p><br></p><p>Fluent在兩種湍流模型中需要選擇壁面函數(shù)分別是k-e模型和Reynolds Stress雷諾應(yīng)力模型，其他的湍流模型不必考慮壁面函數(shù)的問題
導(dǎo)讀：介紹溫度壁面函數(shù)，為什么需要溫度壁面函數(shù)，如果去構(gòu)建？
為什么需要？
在一個(gè)有墻壁的流動(dòng)中，壁面處流動(dòng)速度為零，溫度為壁溫，可以得到速度和溫度分布，如下圖所示。
fluent動(dòng)網(wǎng)格，水流被攪拌的同時(shí)收到高溫壁面加熱汽化，全程操作視頻、全部計(jì)算文件、udf等文件
壁面的存在對湍流流動(dòng)有顯著的影響。在靠近壁面區(qū)域的外側(cè)，由于平均速度的大梯度，湍流動(dòng)能的產(chǎn)生使湍流迅速增大。由于壁面是平均渦度和湍流的主要來源，近壁面模型對數(shù)值解的保真度有很大的影響。總之，在近壁面區(qū)域，解變量具有較大的梯度，動(dòng)量和其他標(biāo)量傳輸?shù)陌l(fā)生最為劇烈。因此，近壁區(qū)域流動(dòng)的準(zhǔn)確表征決定了壁面湍流流動(dòng)預(yù)測的成功與否。
大量實(shí)驗(yàn)表明，近壁區(qū)域可大致細(xì)分為三層。在最內(nèi)層，稱為“粘性底層”，流動(dòng)幾乎是層流的
fluent 模擬mm級別液滴撞擊壁面
VOF 和level-set 方法
包括case 和 data 文件
droplet_on_surface.avi
通過前面老曾介紹的fluent中粗糙度設(shè)置，相信讀者對于粗糙度有一定的了解，知道了一些物質(zhì)表面粗糙度常用取值。但是對于粗糙度是怎么影響流體運(yùn)動(dòng)的或者說粗糙度以怎樣形式參與到NS方程的求解可能讀者對其不是很了解。
其實(shí)粗糙度的影響是以壁面函數(shù)的形式參與進(jìn)來的，首先我們來看看壁面函數(shù)中不考慮粗糙度影響時(shí)的對數(shù)分布律：
下圖就是比較光滑壁面和粗糙壁面的速度剖面圖
FLUENT提供的平均溫度壁面法則有兩種：1，導(dǎo)熱占據(jù)主要地位的熱導(dǎo)子層的線性率分布；2，湍流影響超過導(dǎo)熱影響的湍流區(qū)域的對數(shù)分布。
溫度邊界層中的熱導(dǎo)子層厚度與動(dòng)量邊界層中的層流底層厚度通常都不相同，并且隨流體介質(zhì)種類變化而變化。例如，高普朗特?cái)?shù)流體（油）的熱導(dǎo)子層厚度比其粘性底層厚度小很多；對于低普朗特?cái)?shù)的流體（液態(tài)金屬）相反，熱導(dǎo)子層厚度比粘性底層厚度大很多。
