Fluent壁面設(shè)置的案例
一文說清楚Fluent壁面函數(shù)(Y+)和近壁面處理
</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(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&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" 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(duì)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(duì)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(duì)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)。
展開 fluent中的壁面函數(shù)與近壁面模型
壁面的存在對(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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 FLUENT中壁面函數(shù) 和 近壁面模型
一些建議：（1）對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)數(shù)分布。
展開 四十七、Fluent近壁面處理
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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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)
Fluent 模擬液滴撞擊壁面 3D ￥30
fluent 模擬mm級(jí)別液滴撞擊壁面
VOF 和level-set 方法
包括case 和 data 文件
droplet_on_surface.avi
單孔道壁面催化化學(xué)反應(yīng)關(guān)鍵設(shè)置 ￥10
應(yīng)用Fluent軟件實(shí)現(xiàn)單孔道表面催化反應(yīng)，如下圖所示
上圖即為多孔介質(zhì)三維模型結(jié)構(gòu)，我們的仿真是取其中的一個(gè)孔道，模擬這個(gè)孔道內(nèi)的催化燃燒反應(yīng)，由于在壁面上有催化劑，所以需要設(shè)置壁面催化化學(xué)反應(yīng)。我們需要導(dǎo)入外部反應(yīng)機(jī)理，過程如下：
得到如下仿真結(jié)果：
購買用戶，可向我索要數(shù)據(jù)文件。
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(shí)也不必考慮y+問題，我們后面會(huì)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(kuò)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 【ANSYS Discovery 常見問題解答】設(shè)置旋轉(zhuǎn)壁面后無法計(jì)算流場(chǎng)
Discovery Live可以順利計(jì)算內(nèi)外流場(chǎng)，但設(shè)置旋轉(zhuǎn)壁面后就無法計(jì)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(jì)算設(shè)定好進(jìn)出口的流場(chǎng)，而通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的流場(chǎng)就計(jì)算不了，那設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)壁面干嘛的？無法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場(chǎng)仿真嗎？）
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 ￥20
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