壁面模型的案例
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(lái)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(chēng)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(chēng)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(guò)渡區(qū)域，分子粘度和湍流的影響同樣重要。圖4.13說(shuō)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(lái)說(shuō)，有兩種方法來(lái)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(guò)度層)。用半經(jīng)驗(yàn)公式“壁面函數(shù)”來(lái)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(chēng)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(guò)網(wǎng)格一直解析到壁面，包括粘滯底層，這種方法稱(chēng)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(wú)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(wú)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(kāi) FLUENT中壁面函數(shù) 和 近壁面模型
Fluent中的standard wall functions， scalable wall functions, Non-Equilibrium wall functions和Enhanced wall treatment都屬于壁面函數(shù)法的模型。
B.
近壁模型法。修改湍流模型以使其能夠求解近壁粘性影響區(qū)域，包括粘性底層。此處使用的方法即近壁模型。（近壁模型不需要使用壁面函數(shù)，如一些低雷諾數(shù)模型，K-W湍流模型是一種典型的近壁湍流模型）。
所有壁面函數(shù)（除scalable壁面函數(shù)外）的最主要缺點(diǎn)在于：沿壁面法向細(xì)化網(wǎng)格時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)值結(jié)果惡化。當(dāng)y+小于15時(shí)，將會(huì)在壁面剪切力及熱傳遞方面逐漸導(dǎo)致產(chǎn)生無(wú)界錯(cuò)誤。然而這是若干年前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如今ANSYS FLUENT采取了措施提供了更高級(jí)的壁面格式，以允許網(wǎng)格細(xì)化而不產(chǎn)生結(jié)果惡化。而y+無(wú)關(guān)的格式是默認(rèn)的基于w方程的低湍流模型，其采用網(wǎng)格求解的方式計(jì)算近壁面粘性區(qū)域。對(duì)于基于epsilon方程的模型，增強(qiáng)壁面函數(shù)（EWT）提供了相同的功能。這一選項(xiàng)同樣是SA模型所默認(rèn)的，該選項(xiàng)允許用戶(hù)使其模型與近壁面y+求解無(wú)關(guān)。
只有當(dāng)所有的邊界層求解都達(dá)到要求了才可能獲得高質(zhì)量的壁面邊界層數(shù)值計(jì)算結(jié)果。這一要求比單純的幾個(gè)Y+值達(dá)到要求更重要。
使用近壁模型法時(shí)，覆蓋邊界層的最小網(wǎng)格數(shù)量在 10層左右，最好能達(dá)到20層。還有一點(diǎn)需要注意的是，提高邊界層求解常常可以取得穩(wěn)健的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，因?yàn)橹恍枰?xì)化壁面法向方向網(wǎng)格。對(duì)于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，建議劃分10~20層棱柱層網(wǎng)格以提高壁面邊界層的預(yù)測(cè)精度。棱柱層厚度應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)為保證有15層或更多網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。另外，棱柱層大于邊界層厚度是必要的，否則棱柱層會(huì)限制邊界層的增長(zhǎng)。
展開(kāi) 湍流模型和壁面函數(shù)總結(jié)
如果上述幾點(diǎn)在流動(dòng)中占主要地位，那么你必須采用近壁模型方法，并在近壁區(qū)域中使用足夠密的網(wǎng)格。針對(duì)這種情況，ANSYS Fluent提供了增強(qiáng)的壁面處理（可用于k-ε和RSM模型）以及Menter-Lechner近壁處理（可用于k-ε模型）。
標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)（Standard Wall Functions）是fluent默認(rèn)的選項(xiàng)，適用于高雷諾數(shù)流動(dòng)，計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)小，在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，適合于壁面附近流動(dòng)對(duì)所研究問(wèn)題影響不大的情況，不適合大壓力梯度；
可放縮壁面函數(shù)（Scalable Wall Functions）適合于高雷諾數(shù)流動(dòng)，避免了標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)在y+<11時(shí)，結(jié)果惡化，該壁面函數(shù)為任意細(xì)化的網(wǎng)格產(chǎn)生一致的結(jié)果，對(duì)于較粗的網(wǎng)格，與標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)的計(jì)算結(jié)果相同；
非平衡壁面函數(shù)（Non_Equilibrium Wall Functions）考慮了壓力梯度效應(yīng)，因此，對(duì)于涉及到分離、再附著、及撞擊等平均速度與壓力梯度相關(guān)且變化迅速的復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題，推薦使用非平衡壁面函數(shù)。但是非平衡壁面函數(shù)不適合低雷諾數(shù)問(wèn)題。非平衡壁函數(shù)可用于K-ε 模型和雷諾應(yīng)力輸運(yùn)模型；
增強(qiáng)壁面處理（Enhanced Wall Treatment）k-ε方程是一個(gè)近壁面模型方法,結(jié)合了一個(gè)兩層的模型，適用于低雷諾數(shù)流動(dòng)，可用于所有的ε-equation模型(二次RSM除外)。如果近壁網(wǎng)格足夠細(xì)，能夠求解粘性子層(通常第一個(gè)近壁節(jié)點(diǎn)位于y+=1)，那么增強(qiáng)的壁處理將與傳統(tǒng)的兩層區(qū)域模型相同。然而，近壁網(wǎng)格必須處處足夠細(xì)的限制可能會(huì)帶來(lái)太大的計(jì)算需求；
Menter-Lechner處理,這是一個(gè)對(duì)y +不敏感的壁面處理。
展開(kāi) 【CAE案例】轉(zhuǎn)輪機(jī)械中轉(zhuǎn)盤(pán)腔的流動(dòng)傳熱模擬
02 模型建立
本案例選取了兩種轉(zhuǎn)盤(pán)腔類(lèi)型作為研究對(duì)象，分別是封閉轉(zhuǎn)子-定子轉(zhuǎn)盤(pán)腔和徑向流出旋轉(zhuǎn)腔，如圖1所示。下表給出了所使用的數(shù)值模型、網(wǎng)格、計(jì)算核時(shí)等信息。
圖1 轉(zhuǎn)子-定子腔（左）和徑向流出旋轉(zhuǎn)腔（右）示意圖
使用CFD仿真軟件中三種不同的數(shù)值模型對(duì)以上兩個(gè)不同的案例進(jìn)行了測(cè)試，以比較不同數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。
03 結(jié)果分析
封閉轉(zhuǎn)子-定子腔：下圖展示了封閉轉(zhuǎn)子-定子轉(zhuǎn)盤(pán)腔案例的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，結(jié)果顯示三種壁面模型都能較好地吻合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。不同半徑下的模擬結(jié)果都吻合較好，此處僅以r*=0.7 為例。相較而言，壁面模型LES的結(jié)果更好。
圖2 r*=0.7處，幾種壁面模型計(jì)算的切向速度和徑向速度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比
下圖展示了速度擾動(dòng)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，同時(shí)還比較了使用DNS方法和其他CFD求解器的壁面模型LES的結(jié)果。結(jié)果顯示本實(shí)驗(yàn)所用CFD仿真軟件的壁面模型LES能很好地預(yù)測(cè)雷諾應(yīng)力，尤其是在邊界層中。對(duì)于雷諾應(yīng)力預(yù)測(cè)，本實(shí)驗(yàn)所用CFD仿真軟件的性能與其他CFD求解器相似或更好。
圖3 r*=0.7處，幾種壁面模型計(jì)算的速度擾動(dòng)的切向速度和徑向速度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比
壁面解析RANS（WRRANS）數(shù)值模型對(duì)線性層和對(duì)數(shù)層中的速度進(jìn)行了合理的預(yù)測(cè)。壁面模型無(wú)法求解粘性底層中的速度，但可以很好地預(yù)測(cè)對(duì)數(shù)層中的速度，但在對(duì)數(shù)層中的低y+區(qū)域速度預(yù)測(cè)不足。
圖4 三種壁面模型定子和轉(zhuǎn)子的近壁面模擬結(jié)果
徑向流出旋轉(zhuǎn)腔：分別使用了不同的壁面求解方法，模擬了旋轉(zhuǎn)盤(pán)上具有三種不同溫度邊界條件（BC）的情況。通過(guò)后處理得到了旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上的努塞爾數(shù)分布，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。RANS和壁面模型LES都較好地吻合了測(cè)量值。兩種理論求解方法也有很好的準(zhǔn)確性。
展開(kāi) 
汽輪機(jī)：轉(zhuǎn)輪機(jī)械中轉(zhuǎn)盤(pán)腔的流動(dòng)傳熱模擬
02 模型建立
本案例選取了兩種轉(zhuǎn)盤(pán)腔類(lèi)型作為研究對(duì)象，分別是封閉轉(zhuǎn)子-定子轉(zhuǎn)盤(pán)腔和徑向流出旋轉(zhuǎn)腔，如圖1所示。下表給出了所使用的數(shù)值模型、網(wǎng)格、計(jì)算核時(shí)等信息。
圖1 轉(zhuǎn)子-定子腔（左）和徑向流出旋轉(zhuǎn)腔（右）示意圖
使用CFD仿真軟件中三種不同的數(shù)值模型對(duì)以上兩個(gè)不同的案例進(jìn)行了測(cè)試，以比較不同數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。
03 結(jié)果分析
封閉轉(zhuǎn)子-定子腔：下圖展示了封閉轉(zhuǎn)子-定子轉(zhuǎn)盤(pán)腔案例的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，結(jié)果顯示三種壁面模型都能較好地吻合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。不同半徑下的模擬結(jié)果都吻合較好，此處僅以r*=0.7 為例。相較而言，壁面模型LES的結(jié)果更好。
圖2 r*=0.7處，幾種壁面模型計(jì)算的切向速度和徑向速度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比
下圖展示了速度擾動(dòng)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，同時(shí)還比較了使用DNS方法和其他CFD求解器的壁面模型LES的結(jié)果。結(jié)果顯示本實(shí)驗(yàn)所用CFD仿真軟件的壁面模型LES能很好地預(yù)測(cè)雷諾應(yīng)力，尤其是在邊界層中。對(duì)于雷諾應(yīng)力預(yù)測(cè)，本實(shí)驗(yàn)所用CFD仿真軟件的性能與其他CFD求解器相似或更好。
圖3 r*=0.7處，幾種壁面模型計(jì)算的速度擾動(dòng)的切向速度和徑向速度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比
壁面解析RANS（WRRANS）數(shù)值模型對(duì)線性層和對(duì)數(shù)層中的速度進(jìn)行了合理的預(yù)測(cè)。
展開(kāi) 壁面傳熱建模的兩種方法
今天主要給大家?guī)?lái) Fluent 壁面傳熱建模的兩種方法：網(wǎng)格壁面（Meshed wall）模型、薄壁（Thin wall）模型。
1壁面傳熱的兩種方法
針對(duì)壁面傳熱Ansys Fluent提供了兩種方法，分別是網(wǎng)格壁面模型、薄壁模型。網(wǎng)格壁面模型（Meshed wall Model）針對(duì)的情況是壁面能夠或者說(shuō)比較容易利用網(wǎng)格劃分出來(lái)；薄壁模型（Thin wall Model）用于針對(duì)壁面非常薄，網(wǎng)格比較難畫(huà)出來(lái)。下面我們開(kāi)始進(jìn)的介紹。
1.1網(wǎng)格壁面模型（Meshed wall Model）
圖1 網(wǎng)格壁面模型
能量方程是在表示 wall 的實(shí)體區(qū)域中求解的。
壁面的厚度必須要用網(wǎng)格劃分出來(lái)。
網(wǎng)格壁面模型是最準(zhǔn)確的方法，但需要更多的網(wǎng)格工作。
總是使用耦合的熱邊界條件，因?yàn)?wall 的兩側(cè)都有網(wǎng)格單元。
在能量方程中直接考慮壁熱阻；計(jì)算了貫穿厚度的溫度分布。計(jì)算了雙向熱傳導(dǎo)。
1.2薄壁模型（Thin wall model）
對(duì)墻壁的厚度進(jìn)行人工建模（在 wall 邊界面板上指定）。
僅對(duì)內(nèi)壁使用耦合熱邊界條件。
圖2 薄壁模型
使用人工壁厚和材料類(lèi)型計(jì)算的壁面（wall）熱阻。假設(shè)貫穿厚度的溫度分布是線性的。僅在wall法線方向上計(jì)算傳導(dǎo)
1.3壁面模型的溫度定義
薄壁模型僅應(yīng)用法向傳導(dǎo)（沒(méi)有平面內(nèi)傳導(dǎo)），并且沒(méi)有創(chuàng)建實(shí)際的單元。
在外層應(yīng)用壁熱邊界條件。
圖3
1.4壁面傳熱的殼傳熱模型
殼體傳導(dǎo)（shell conduction）選項(xiàng)用于實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)傳導(dǎo)計(jì)算（）。
創(chuàng)建了額外的傳導(dǎo)單元，但不能顯示，UDF 也不能訪問(wèn)。
展開(kāi) 邊界層理論及壁面方法
STAR-CCM+壁面模型
根據(jù)壁面y+值及邊界層網(wǎng)格分布，發(fā)展出了不同的壁面模型，如圖3所示。
圖3 不同y+壁面算法示意
STAR-CCM+壁面模型的特點(diǎn)是自動(dòng)及全面，如圖4所示，具體應(yīng)用技巧如下：
1) Low y+ walltreatment：y+值小于1, 一般推薦25+層，其中3+層位于粘性底層內(nèi)，5+層位于過(guò)渡區(qū)，5+層位于對(duì)數(shù)區(qū)內(nèi)，直接求解近壁面速度分布，主要用于外氣動(dòng)計(jì)算中的流動(dòng)分離，轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象；
2) High y+wall treatment：y+值位于30至150之間，5層左右邊界層，主要用于無(wú)流動(dòng)分離的情況；
3) 默認(rèn)選項(xiàng)為All y+ wall treatment，顧名思義，不需要用戶(hù)選擇，可以自動(dòng)根據(jù)來(lái)流速度，邊界網(wǎng)格計(jì)算y+值，并自動(dòng)切換壁面算法，使用時(shí)注意y+<5或30<y+<150，盡量避開(kāi)過(guò)渡區(qū)。
圖4 STAR-CCM+壁面模型
錯(cuò)誤的試用壁面模型可能使計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重失真，圖5為一管道流動(dòng)案例，分別采用y+=1（紅色實(shí)線），y+=20（藍(lán)色實(shí)線）獲得的計(jì)算結(jié)果與DNS（Direct Numerical Simulation，可認(rèn)為真值，圖中圓點(diǎn)）結(jié)果對(duì)比，可以看到，在橫坐標(biāo)y+值小于200的區(qū)間內(nèi)，y+=1的U+與軟流粘性系數(shù)計(jì)算結(jié)果與DNS結(jié)果吻合度極高，而藍(lán)色的y+=20位于過(guò)渡區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有的壁面模型處理該區(qū)間都有缺陷，因此在計(jì)算中應(yīng)盡量規(guī)避。
圖5 不同y+模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比
4.
展開(kāi) 下午直播 | Ansys Chemkin和Fluent 2021 R1燃燒和化學(xué)反應(yīng)新功能介紹
針對(duì)燃燒室常見(jiàn)的壁面發(fā)散冷卻孔的仿真，傳統(tǒng)上需要對(duì)其物理上建模，劃分網(wǎng)格，這會(huì)造成計(jì)算量巨大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。2021R1，fluent引入了發(fā)散冷卻孔壁面模型，無(wú)需物理建模即可考慮冷卻孔的真實(shí)影響，可極大減輕工程師的工作量。此外，fluent和chemkin還有其它改進(jìn)項(xiàng)，助力提升燃燒計(jì)算精度以及操作便捷性。
XFlow的邊界條件和壁面函數(shù)淺談
1、 Automatic處理模式會(huì)自動(dòng)選擇Enhanced Wall-function模型；
2、 Resolved沒(méi)有任何壁面處理，不考慮壁面附近流體運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)；
3、 Enhanced Wall-function模型是一種加強(qiáng)的壁面處理函數(shù)，壁面附近流動(dòng)不考慮壓力梯度的影響；
4、 Non-Equilibrium enhanced Wall-function是一種非平衡強(qiáng)化壁面函數(shù)，在求解邊界層物理量時(shí)會(huì)考慮局部壓力梯度的影響；
5、 Free-slip是一種自由滑移邊界條件，即流體可以在壁面上自由滑動(dòng)，壁面與流體之間不存在剪應(yīng)力，這種壁面比較適合微觀的復(fù)雜流動(dòng)分析。
除了Resolved和Free-slip兩種模型外，其他兩種模型需要指定壁面的粗糙度roughness，這里的粗糙度非實(shí)際的粗糙度量值大小，比如Ra0.8，而是一個(gè)無(wú)量綱量，它是以仿真計(jì)算時(shí)壁面的求解格子尺度為參考長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算的，其值在0~1之間。比如壁面的格子尺度是2mm，實(shí)際粗糙度大小是0.008mm，那么此處壁面的粗糙度設(shè)置成0.004。
展開(kāi) 汽車(chē)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)模擬 ￥9.9
包括msh cas 模型
幾何模型
三維汽車(chē)結(jié)構(gòu)
物理模型
模擬汽車(chē)夏季空調(diào)運(yùn)行中轎車(chē)內(nèi)的溫度分布
模擬轎車(chē)冬天暖氣運(yùn)行中的溫度分布
評(píng)估汽車(chē)內(nèi)氣流分布的性能
不同位置的溫度和速度
數(shù)值模型
湍流模型
標(biāo)準(zhǔn)k-e
輻射模型
離散傳播輻射模型（DTRM）
邊界條件
進(jìn)風(fēng)口
速度入口
窗戶(hù)-墻
wall
人體
wall
回風(fēng)口
Pressure-outlet
空氣
Source term
室內(nèi)照明散熱熱源
壁面函數(shù)
近壁面模型
松弛因子
壓力速度耦合方法
PISO
后處理
監(jiān)視點(diǎn)
Report 統(tǒng)計(jì)量
展開(kāi) 分子動(dòng)力學(xué)模擬-礦物表面潤(rùn)濕性
1，初始模型構(gòu)建：初始模型是氣-水-壁面模型，使用PACKMOL構(gòu)建，使用lammps也可以用lammps建模
2，選擇力場(chǎng)：CO2可用TRAPPE，EPM2力場(chǎng)，H2O用SPC/E力場(chǎng)，油用OPLS-AA力場(chǎng)，黏土礦物用clayff力場(chǎng)
3，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬：能量最小化-平衡動(dòng)力學(xué)-生產(chǎn)動(dòng)力學(xué)
4，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可分析密度分布，擴(kuò)散系數(shù)，相互作用力參數(shù)等
5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp，pdb，gro，xtx等文件
首先設(shè)置一個(gè)初始尺寸較大的模擬盒子，如圖1所示。
體系設(shè)置為NVT系綜，可以設(shè)置多個(gè)溫度，觀察溫度的影響。壓力由氣體數(shù)量決定。麻煩點(diǎn)可以在體系上面加一個(gè)板子，用NEMD壓板子。這個(gè)體系8ns就穩(wěn)定了。
圖2是 6ns的穩(wěn)定構(gòu)象。
圖3 是接觸角的二維密度分布。
圖4 是密度分布，還可分析相互作用能
圖5 顯示了親水礦物可能不存在接觸角
圖6-圖7 是溫度-壓力對(duì)接觸角的影響。
圖1 基礎(chǔ)模型
圖2 6 ns后的穩(wěn)定模型
圖3 H2O的二維密度分布
圖4 密度分布
圖5 親水礦物沒(méi)有接觸角
圖6 溫度的影響
圖7 壓力的影響
最后，有相關(guān)需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開(kāi) 
網(wǎng)格技術(shù)|近壁區(qū)網(wǎng)格處理/Y+網(wǎng)格
導(dǎo)讀：介紹近壁區(qū)網(wǎng)格的處理方式，即Y+網(wǎng)格。
前面文章流動(dòng)邊界層、壁面函數(shù)介紹到由于流體粘性的存在，流體在近壁區(qū)運(yùn)動(dòng)會(huì)存在邊界層（無(wú)粘計(jì)算不需要考慮邊界層）。因此在計(jì)算中對(duì)邊界層的網(wǎng)格劃分需要特殊處理。
對(duì)邊界層的特殊的特殊處理，我們首先需要介紹第一層網(wǎng)格。
第一層網(wǎng)格
邊界層包括粘性底層、過(guò)渡層及對(duì)數(shù)律層。通常邊界層很薄，一般是毫米、微米級(jí)，因此如果直接進(jìn)行網(wǎng)格加密的話，勢(shì)必會(huì)大大增加計(jì)算量。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)數(shù)律層處于完全湍流狀態(tài)；而在粘性底層及過(guò)渡層中，粘性力起主要作用，此時(shí)速度分布可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算得到，因此無(wú)需劃分網(wǎng)格。
也就是說(shuō)，可以將計(jì)算區(qū)域的第一層網(wǎng)格放置在對(duì)數(shù)律層內(nèi)；而在粘性底層及過(guò)渡層中無(wú)需計(jì)算網(wǎng)格，這部分物理量的分布可以通過(guò) 壁面函數(shù)來(lái)計(jì)算完成，或者通過(guò)近壁面模型（k-w模型）求解（采用N-S方程離散求解，與湍流區(qū)求解方式一致）。
第一層網(wǎng)格厚度的估算
為了能保證第一層網(wǎng)格可以放置在對(duì)數(shù)律層內(nèi)，可以用 y+進(jìn)行估算。
y+其實(shí)就是描述物理壁面的法向距離的無(wú)量綱量，為什么要用無(wú)量綱量描述呢？因?yàn)橄胗靡粋€(gè)合適尺度參數(shù)來(lái)描述邊界層厚度，用m或mm的單位太大了。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)或者非平衡的壁面函數(shù)法，每個(gè)壁面相鄰的單元體中心必須位于對(duì)數(shù)律層， y+=30-300；
對(duì)于增強(qiáng)型壁面函數(shù)，每個(gè)與壁面相鄰的單元體中心應(yīng)該位于粘性亞層， y+=1。
為了計(jì)算第一層網(wǎng)格厚度，首先應(yīng)該估算第一層網(wǎng)格的厚度，使 y+符合范圍：
其中ut為壁面摩擦速度：
ywall就是估算的單元體大小。
展開(kāi) 基于LAMMPS實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖納米孔多組分氣體和頁(yè)巖油的競(jìng)爭(zhēng)吸附
我們基于LAMMPS/GROMACS研究不同頁(yè)巖孔隙（石英，蒙脫石，伊利石，高嶺石，方解石，石墨烯，真實(shí)干酪根）中氣體（CO2，CH4，H2，N2等）和 頁(yè)巖油（NC6,NC8,NC12等）的吸附和競(jìng)爭(zhēng)吸附行為，涉及到不同壁面類(lèi)型，不同寬度，不同油氣類(lèi)型，不同摩爾比例，不同溫度壓力的設(shè)置，可以分析模擬快照，密度分布，擴(kuò)散系數(shù)，相互作用能等。
整個(gè)分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程通過(guò)Lammps實(shí)現(xiàn)，其中部分壁面需要在MS中進(jìn)行調(diào)整。全部流程如下：
1，建立壁面模型(干酪根，石墨烯，二氧化硅，蒙脫石，高嶺石，伊利石，方解石等)；建立原油組分分子結(jié)構(gòu)；建立注入氣(CO2, CH4, N2)的分子結(jié)構(gòu)；
2，賦予干酪根CVFF力場(chǎng)，粘土礦物ClayFF力場(chǎng)，CO2, N2分別用fix rigid設(shè)為剛體，CH4用聯(lián)合原子/OPLS力場(chǎng)，原油組分用OPLS-AA力場(chǎng)。
3，利用in文件將壁面，油，CO2氣體等組合成data文件。
4，進(jìn)行能量最小化，設(shè)置平板移動(dòng)速度進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。
可以提供代碼和一對(duì)一教學(xué)，可以進(jìn)行答疑，可以針對(duì)特定需求來(lái)建模和代碼。
展開(kāi) fluent中的沸騰模型（2）-Non-equilibrium Subcooled Boiling
“過(guò)冷沸騰”是用來(lái)描述這樣一種物理情況:即使液體的體積平均溫度小于飽和值，但壁溫高到足以導(dǎo)致壁上發(fā)生沸騰。在這種情況下，能量直接從壁面傳遞到液體。這些能量的一部分會(huì)使液體的溫度升高，另一部分會(huì)產(chǎn)生蒸汽。相間傳熱也會(huì)導(dǎo)致液體平均溫度升高,而飽和蒸汽冷凝。此外，一些能量可以直接從壁面轉(zhuǎn)移到蒸汽中。這些基本機(jī)制是所謂的倫斯勒理工學(xué)院(RPI)模型的基礎(chǔ)。
在ANSYS Fluent中，在歐拉多相模型的基礎(chǔ)上建立了壁面沸騰模型。多相流動(dòng)由相連續(xù)性守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程控制。采用 Kurual 和 Podowski 的RPI形核沸騰模型和Lavieville等人的擴(kuò)展式對(duì)壁面沸騰現(xiàn)象進(jìn)行了建模。該壁面沸騰模型適用于三種不同的壁面邊界:等溫壁面、指定熱流和指定傳熱系數(shù)(耦合壁面邊界)。
如下面所描述的，已經(jīng)考慮了動(dòng)量、質(zhì)量和熱量的界面?zhèn)鬟f以及沸騰流中的湍流模型。
01—
Non-equilibrium Subcooled Boiling
當(dāng)使用基本RPI模型時(shí)，蒸汽的溫度不計(jì)算，而是固定在飽和溫度。為了模擬從核態(tài)沸騰狀態(tài)(DNB)開(kāi)始的沸騰，或者模擬臨界熱流量和干燥后的條件，必須包括過(guò)程中的蒸汽溫度。
展開(kāi) NASA眼中CFD的未來(lái)（2）物理建模
壁面模型LES方法對(duì)轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)帶來(lái)了一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)，盡管這些方法顯示出了一些希望，但它們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟，目前還不太可能給出高保真的轉(zhuǎn)捩性流動(dòng)預(yù)測(cè)。
事實(shí)上，在這一領(lǐng)域，過(guò)去只在一些關(guān)鍵問(wèn)題領(lǐng)域取得了漸進(jìn)式進(jìn)展。如果不能取得重大進(jìn)展，基于cfd的預(yù)測(cè)將無(wú)法滿足許多類(lèi)別飛行器的目標(biāo)。
4. 非定常復(fù)雜幾何在飛行雷諾數(shù)下分離流動(dòng)
RANS-LES混合方法對(duì)復(fù)雜幾何分離流的處理效果參差不齊。在這項(xiàng)研究之前，混合方法已經(jīng)成功地應(yīng)用于大迎角戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)的應(yīng)用。這種應(yīng)用比其他方法更簡(jiǎn)單，因?yàn)榉蛛x開(kāi)始的位置在很大程度上取決于薄后掠翼的尖銳前緣。對(duì)于其他應(yīng)用，特別是非設(shè)計(jì)飛行狀態(tài)，如高升力和升力中斷條件，高度精確的模擬是難以捉摸的。混合方法目前最有效的流動(dòng)分離點(diǎn)是由一個(gè)鋒利的邊緣或激波固定。
第三屆AIAA CFD高升力預(yù)測(cè)研討會(huì)記錄了截至2017年復(fù)雜高升力應(yīng)用的技術(shù)現(xiàn)狀，“在最大升力條件附近持續(xù)準(zhǔn)確的計(jì)算仍然難以實(shí)現(xiàn)。”，只有一個(gè)貢獻(xiàn)者應(yīng)用了RANS/LES混合方法。這些結(jié)果并沒(méi)有顯示出相對(duì)于RANS預(yù)測(cè)的優(yōu)越性能。由于這是單一貢獻(xiàn)者的結(jié)果，因此不能得出結(jié)論，混合方法沒(méi)有顯示出很大的希望，或者在近期至中期的未來(lái)可能不會(huì)更有效。然而，可以得出的結(jié)論是，在許多分離流應(yīng)用中，混合方法并沒(méi)有被證明是高度準(zhǔn)確的。
層流區(qū)域擴(kuò)展的應(yīng)用對(duì)混合應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。特別是，由于同時(shí)模擬轉(zhuǎn)捩流動(dòng)和預(yù)測(cè)分離的困難，在轉(zhuǎn)捩流型中發(fā)生分離的流動(dòng)對(duì)于混合方法來(lái)說(shuō)是極具挑戰(zhàn)性的。這可能成為問(wèn)題的應(yīng)用包括高超聲速應(yīng)用、再入飛行器和層流設(shè)計(jì)。
非定常方法，如格子-玻爾茲曼和壁面模型LES (WMLES)，顯示出對(duì)這些流動(dòng)的希望，但額外的計(jì)算成本是一個(gè)障礙，并且它們?cè)陬A(yù)測(cè)光滑體分離的精度與當(dāng)前網(wǎng)格計(jì)數(shù)比混合方法更有爭(zhēng)議。
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