Fluent滑移壁面的案例
fluent中的壁面函數(shù)與近壁面模型
壁面的存在對湍流流動有顯著的影響。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)域流動的準(zhǔn)確表征決定了壁面湍流流動預(yù)測的成功與否。
大量實驗表明，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”，流動幾乎是層流的，(分子)粘度在動量和傳熱傳質(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，提供更先進的壁面格式，允許網(wǎng)格細(xì)化，而不會產(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 FLUENT中壁面函數(shù) 和 近壁面模型
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)的增強壁面函數(shù)。（4）SA模型，使用增強壁面處理。
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，把第一個內(nèi)節(jié)點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，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，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。在計算開始時，y+并不知道，這些值需要在計算過程中加以調(diào)整。數(shù)值計算實踐表明，y+對傳熱特性的影響比較大，往往存在一個合適的取值范圍，在該范圍內(nèi)數(shù)值計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的符合較好。算每個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 一文說清楚Fluent壁面函數(shù)(Y+)和近壁面處理
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現(xiàn)</p><p><br></p><p>進行了一定的驗證后發(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，同時也不必考慮y+問題，我們后面會詳細(xì)說明。
展開 四十七、Fluent近壁面處理
</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，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，不需要進行任何設(shè)置。</p><p> </p><p>大家選擇壁面函數(shù)時，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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四十六、Fluent壁面函數(shù)的選取依據(jù)
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，同時也不必考慮y+問題，我們后面會詳細(xì)說明。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9hleicyYmC1hcuSC7hJ2Z4Vym1VKqAWJHKA6K29QSMfIg0gaJKNxSuYF8HywORWCgbXNbcjG9sW5g/640?wx_fmt=png" width="337"></p><p><br></p><p>Fluent提供了四種壁面函數(shù)以供選擇，分別是：</p><p>Standard Wall Functions 標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)</p><p>Scalable Wall Functions 擴展壁面函數(shù)</p><p>Non-Equilibrium Wall Functions 非平衡壁面函數(shù)</p><p>User-Defined Wall Functions 自定義壁面函數(shù)</p><p><br></p><p><br></p><h2><strong>2.
展開 流體 | Fluent中壁面函數(shù)和粗糙度
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動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。
其實粗糙度的影響是以壁面函數(shù)的形式參與進來的，首先我們來看看壁面函數(shù)中不考慮粗糙度影響時的對數(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：
源自CAE技術(shù)交流公眾號
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