Fluent壁面厚度的案例
fluent中的壁面函數與近壁面模型
還應注意的是，邊界層分辨率的提高往往可以增加數值的穩健性，因為它只需要在壁面法向網格細分。與精度提升相伴隨的是計算開銷的增大。非結構網格，建議在壁面附近生成10-20層或更多層的棱柱層，以準確預測壁面邊界層。棱柱層的厚度應確保實際覆蓋邊界層的節點在15個左右或更多。這可以通過觀察湍流粘度來驗證，粘度在邊界層的中間有一個最大值，這個最大值表示邊界層的厚度(最大值的兩倍給出邊界層的邊緣)。棱柱層比邊界層厚是必要的，否則棱柱層就有限制邊界層生長的危險。
建議:
對于ε-方程，使用Menter-Lechner (ML-)或增強型壁處理(EWT-)模型
如果壁面函數有助于ε方程，則可以使用scalable wall function
對基于ε-equation方程的模型,使用默認的y +不敏感壁面處理方程
對于Spalart-Allmaras模型，使用默認的y+不敏感的壁面處理。
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展開 一文說清楚Fluent壁面函數(Y+)和近壁面處理
如何得到邊界層厚度呢？</p><p> </p><p>Fluent提供了一種估算方法。當我們大致劃分網格進行計算得到一個求解結果時，可以在后處理查看turbulent viscosity湍流粘度物理量。</p><p><br></p><p><em>Results-Plots-XY plot</em></p><p> </p><p>在垂直壁面方向畫出turbulent viscosity沿垂直壁面方向的曲線圖，turbulent viscosity的最大值出現在邊界層的中間，最大值出現位置的2倍即為邊界層的厚度。</p><p> </p><p>比如下圖為文章后源文件案例的湍流粘度，在x=0.01m處達到最大值，可以認為邊界層厚度為0.02m。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9NYU4E68hy6p4ZtKP3icNRZqA3SRr1MFr8PUFAaxNNmzRZl4qkNmwx82AQFZRvbAyCDo1MEsnXcpQ/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" width="100%"></p><p><br></p><p> </p><p>對于某些特殊工況，邊界層厚度也可以由理論公式推導出來</p><p> </p><p> </p><p> </p><p><strong>5. 估算邊界層第一層網格</strong></p><p><br></p><p> </p><p>最后我們回到最關心的問題，邊界層第一層網格如何確定？</p><p>當我們在Fluent中選擇壁面函數時，必須要保證y+>15。
展開 FLUENT中壁面函數 和 近壁面模型
FLUENT提供的平均溫度壁面法則有兩種：1，導熱占據主要地位的熱導子層的線性率分布；2，湍流影響超過導熱影響的湍流區域的對數分布。
溫度邊界層中的熱導子層厚度與動量邊界層中的層流底層厚度通常都不相同，并且隨流體介質種類變化而變化。例如，高普朗特數流體（油）的熱導子層厚度比其粘性底層厚度小很多；對于低普朗特數的流體（液態金屬）相反，熱導子層厚度比粘性底層厚度大很多。
標準壁面函數用于以下模型：k-epsilon模型與Reynolds stress模型。這兩個模型均為高雷諾數模型。
2、Scalable wall functions
該壁面函數是14.0新加的，以前的版本中沒有。也是CFX軟件中默認的湍流壁面函數。
該壁面函數能避免在y*<15時計算結果惡化，該壁面函數對于任意細化的網格，能給出一致的解。當網格粗化使y*>11時，該壁面函數的表現與標準壁面函數一致。
scalable壁面函數的目的在于聯合使用標準壁面方法以強迫使用對數律。該功能是通過使用限制器y*=max(y*,y*limit)來實現的，其中y*limit=11.06。
3、Non-equilibrium wall functions
非平衡壁面函數的特點：（1）用于平均速度的launder及spalding的對數律對于壓力梯度效應敏感。（2）采用雙層概念以計算臨壁面單元的湍流動能。對于平均溫度及組分質量分數則與標準壁面函數處理方式相同。
非平衡壁面函數考慮了壓力梯度效應，因此對于涉及到分離、再附著、及撞擊等平均速度與壓力梯度相關且變化迅速的復雜流動問題，推薦使用些壁面函數。但是非平衡壁面函數不適合于低雷諾流動問題。
非平衡壁面函數適用于高雷諾流動問題，適用于以下湍流模型：
（1）K-epsilon模型；
（2）Reynolds stress transport模型。
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壁面處理推薦設置</strong></p><p><br></p><p>總結：對于k-e模型和雷諾應力模型，可以選擇壁面函數，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。</p><p><br></p><p>2) 對于e方程模型，如果必須使用壁面函數，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壁面函數的選取依據
Fluent壁面函數</strong></h2><p><br></p><p>前面介紹了壁面函數的由來及相關的理論，這里我們介紹Fluent中壁面函數的選取依據。牢記：使用壁面函數的前提是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以供選擇，分別是：</p><p>Standard Wall Functions 標準壁面函數</p><p>Scalable Wall Functions 擴展壁面函數</p><p>Non-Equilibrium Wall Functions 非平衡壁面函數</p><p>User-Defined Wall Functions 自定義壁面函數</p><p><br></p><p><br></p><h2><strong>2.
展開 流體 | Fluent中壁面函數和粗糙度
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的形式參與進來的，首先我們來看看壁面函數中不考慮粗糙度影響時的對數分布律：
下圖就是比較光滑壁面和粗糙壁面的速度剖面圖：
源自CAE技術交流公眾號
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基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
生熱的施加在本例中是一個重點，因為使用了交界面進行熱交換，并且兼容動網格，但是fluent不支持在交界面上施加熱源，因此我們要計算出生熱量，作為體積熱源施加到齒輪固體域上。
udf見文后附件，熱源大小假設是5000w/m3：
編譯并且掛載udf以后，作為體積熱源賦給固體域：
圖12 體積熱源設置
三、fluent仿真模型分析
圖13 fluent中的模型
Fluent中整體模型如圖所示。現在我們來分析具體設置。
3.1 殼體與邊界處理
齒輪減速器的熱量來自于齒輪嚙合部位以及軸承，一般軸承產熱約為齒輪嚙合產熱的1%，忽略。當齒輪減速器在某一工況下運轉時，軸及滑油作為傳熱的媒介，將熱量傳導殼體，殼體又通過外部空氣對流換熱，與安裝底座熱傳導。這里，殼體可以利用Fluent的帶厚度壁面技術，虛擬一個殼體熱阻，自定義換熱系數，將殼體參數化處理。在Boundary Conditions中找到wall thickness的設置項，設置一個合理數值（30mm）即可。
圖14 虛擬殼體設置
固體域和流體域的換熱前文已經說過，通過交界面進行：
圖15 交界面設置
注意這里交界面的兩側，fluent已經自動為其加后綴命名進行區分，一個是源面，一個是目標面。當然你也可以在上一步劃分網格的時候就自己命名，這樣更有利于辨識。比如我這里一個面叫做driven，一個叫做driven-fluid，代表與小齒輪接觸的流體表面。
3.2 湍流模型
標準k-ε模型用于強旋流，彎曲壁面流動或彎曲流線流動時，會產生一定的失真。因此采用RNG k-ε模型（Yakhot.Orzag）。
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