Fluent旋轉(zhuǎn)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，動量和其他標量傳輸?shù)陌l(fā)生最為劇烈。因此，近壁區(qū)域流動的準確表征決定了壁面湍流流動預測的成功與否。
大量實驗表明，近壁區(qū)域可大致細分為三層。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)域的這些細分，以半對數(shù)坐標繪制。
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化后惡化。小于15的y+值會逐漸導致壁面剪切應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)格細化，而不會產(chǎn)生惡化的結(jié)果。這種與y+無關的公式是所有基于w方程的湍流模型的默認公式。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 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，我們后面會詳細說明。
展開 FLUENT中壁面函數(shù) 和 近壁面模型
增強壁面處理使用傳統(tǒng)的雙層區(qū)域模型（整個計算域被劃分為粘性影響區(qū)域和充分湍流區(qū)域）給邊界層分區(qū)，然后給近壁單元指定湍流耗散率e和湍流粘度。增強型壁面函數(shù)的特點是用一個單一的壁面函數(shù)平滑地混合了對數(shù)層公式與層流公式，這樣它的計算范圍擴展到了全部近壁區(qū)域。
增強壁面函數(shù)可用于以下湍流模型：
（1）所有的基于epsilon的湍流模型（不包括二次RSM模型）
（2）所有的w模型
（3）對于SA模型，這一選項不可用。然而，這一模型對于壁面函數(shù)（y*>15）及粘性子層網(wǎng)格（y*<2）是一致的。處于中間的網(wǎng)格應當被避免 ，因為會降低計算精度。換句話說，對于SA模型，要么y*>15，要么y*<2
壁面函數(shù)方法的局限
對于大多數(shù)壁面邊界流動問題，標準壁面函數(shù)能給出合理的預測。非平衡壁面函數(shù)考慮了壓力梯度效應，擴展了標準壁面函數(shù)的功能。但是一些流動問題不適合使用壁面函數(shù)，否則可能導致不合理的解。如以下一些情況：
（1）低雷諾數(shù)流動或近壁面效應（例如小縫出流、高粘性低速流動問題）
（2）通過壁面的大量沸騰
（3）大的壓力梯度導致的邊界層分離
（4）強體力（如旋轉(zhuǎn)圓盤附近的流動、浮力驅(qū)動流動）
（5）近壁區(qū)域高度三維流動（如ekman螺旋流動、高度歪斜的3D邊界層）
若模型中出現(xiàn)了以上的情況，則必須使用近壁模型。ANSYS FLUENT中提供了增強壁面處理以應對這些情況。這一方法能夠用于K-epsilon模型及RSM模型。
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展開 【ANSYS Discovery 常見問題解答】設置旋轉(zhuǎn)壁面后無法計算流場
Discovery Live可以順利計算內(nèi)外流場，但設置旋轉(zhuǎn)壁面后就無法計算了，這是什么原因呢？顯卡8G，GPU也僅占用了30%，（這就很難受了，只能計算設定好進出口的流場，而通過旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生的流場就計算不了，那設計旋轉(zhuǎn)壁面干嘛的？無法進行旋轉(zhuǎn)機械流場仿真嗎？）
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壁面處理推薦設置</strong></p><p><br></p><p>總結(jié)：對于k-e模型和雷諾應力模型，可以選擇壁面函數(shù)，也可以設置近壁面處理；</p><p>對于k-ω模型和Spalart-Allmaras，默認方式就是y+不敏感的近壁面處理方式，不需要進行任何設置。</p><p> </p><p>大家選擇壁面函數(shù)時，推薦使用以下設置：</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 標準壁面函數(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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