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CFD 使用Navier-Stokes 方程進(jìn)行流體流動(dòng)和邊界層分析的數(shù)值模擬。可能涉及以下步驟： 在計(jì)算域中，選擇合適的層流/湍流模型。檢查湍流建模中的 y+ 要求。 生成精細(xì)網(wǎng)格或網(wǎng)格并定義 3D 模型的幾何形狀以進(jìn)行邊界層分析。將 Navier-Stokes 方程分配并求解到每個(gè)網(wǎng)格，以準(zhǔn)確捕獲邊界層厚度。 指定流體流動(dòng)的初始條件和邊界條件。

這最好通過使用包括多個(gè)網(wǎng)格生成和快速計(jì)算功能的高級(jí) CFD 求解器工具來實(shí)現(xiàn)，如 Cadence CFD 工具套件中所包含的那樣。

Generate the Boundary Layer and Tetrahedral Core Mesh 點(diǎn)Mesh生成邊界層體網(wǎng)格。 合理控制修改層數(shù)、第一層厚度、增長(zhǎng)率等參數(shù)，使得邊界層不超出壁面 6.

對(duì)于給定的 Y+ 值，可以計(jì)算網(wǎng)格單元大小以準(zhǔn)確捕獲 CFD 模擬中的邊界層行為。 計(jì)算 Y+ 邊界層厚度 邊界層厚度可以計(jì)算為位移厚度和動(dòng)量厚度之和。 邊界層厚度公式 對(duì)于計(jì)算出的邊界層厚度，檢查 Y+ 值是否在范圍內(nèi)，即對(duì)于湍流，在 1 到 30 之間。

作者Cadence CFD 解決方案關(guān)鍵要點(diǎn)無粘流具有零粘性力，因此形成的邊界層很薄，邊界附近和邊界外的壓力相同。 歐拉方程可以用作無粘流中的邊界層方程，只要指定了所有邊界條件（例如無滑移條件）。 無粘性流動(dòng)的歐拉方程有助于預(yù)測(cè)流動(dòng)行為和湍流的發(fā)生，這有利于進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

Hypermesh聯(lián)合Fluent仿真：教你創(chuàng)建CFD邊界層網(wǎng)格 導(dǎo)言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時(shí)，邊界層網(wǎng)格如何創(chuàng)建，以及內(nèi)部的四面體網(wǎng)格如何創(chuàng)建的問題，不包含求解器分析部分。

7 生成邊界層網(wǎng)格 點(diǎn)擊按鈕 Volumes > Layers > Create打開邊界層設(shè)置對(duì)話框 如下圖所示設(shè)置參數(shù) 指定 wall邊界生成邊界層網(wǎng)格 此時(shí)網(wǎng)格如下圖所示。

我們快速生成的混合網(wǎng)格使用先進(jìn)的層技術(shù)來生成近壁、邊界層解析棱鏡和六面體。為了細(xì)化和調(diào)整網(wǎng)格，聚類源提供了對(duì)遠(yuǎn)離墻壁、近尾流、渦流和其他流動(dòng)特征的網(wǎng)格分辨率的控制。使用 Fidelity Cascade 技術(shù)的 CFD 工作流程。我們最近對(duì)Cascade Technologies 的投資擴(kuò)大了我們的高保真 CFD 解決方案組合。

設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸后，對(duì)壁面添加邊界層網(wǎng)格（Prism層數(shù)建議5層，增長(zhǎng)率1.3）并啟用Smooth Mesh功能優(yōu)化過渡區(qū)域。 完成網(wǎng)格生成后，必須執(zhí)行四項(xiàng)質(zhì)量檢查：雅可比矩陣＞0.3的單元占比≥95%；最大長(zhǎng)寬比＜100；扭曲角＜75°；體積變化率＞0.01，對(duì)于旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格還需額外檢查周期性邊界匹配度（偏差＜0.1mm）。

矩 -由于層流的溫度分布非常接近高斯分布，因此可以使用積分方法對(duì)整個(gè)范圍內(nèi)的熱分布進(jìn)行建模，而不僅僅是在邊界處。 使用 Cadence CFD 仿真確保順暢的工作流程 由于其機(jī)械性能，層流邊界層的特性在一系列應(yīng)用中至關(guān)重要。Cadence CFD 軟件精確模擬層流條件以實(shí)現(xiàn)順暢航行。

使用 T-Rex 生成體積網(wǎng)格：體積網(wǎng)格劃分過程的第二步是初始化塊，為了解析靠近表面的邊界層，使用 Pointwise T-Rex 網(wǎng)格劃分。 圖 5. 初始化 T-Rex 體積網(wǎng)格。9. 設(shè)置CAE邊界條件：在將網(wǎng)格導(dǎo)出到CFD求解器之前，需要設(shè)置CAE邊界條件，并且以類似的方式執(zhí)行此任務(wù)。圖 6. 設(shè)置 CAE 邊界條件。

當(dāng)生成解析長(zhǎng)度尺度變化很大的網(wǎng)格時(shí)，減少單元數(shù)的好處變得非常明顯。解決流體的流動(dòng)通常會(huì)在一個(gè)方向上表現(xiàn)出較強(qiáng)的梯度，而在橫向方向上表現(xiàn)出較溫和的梯度（例如，邊界層、剪切層、尾流）。在這些情況下，可以在具有高縱橫比（大約一千或更多）的六角網(wǎng)格上輕松生成高質(zhì)量的單元。在高度拉伸的四面體上生成精確的 CFD 解決方案要困難得多。（另外，并非所有拉伸的四邊形都相等，具體取決于最大夾角。）

邊界層網(wǎng)格構(gòu)建時(shí)，在機(jī)翼表面設(shè)置5層棱柱層，首層高度0.01mm保證Y+<1，膨脹比1.2，總厚度占邊界層位移厚度的80%，該設(shè)置能精確捕捉翼型表面的流動(dòng)分離現(xiàn)象。 最終體網(wǎng)格生成階段采用Poly網(wǎng)格類型，在機(jī)翼表面10mm范圍內(nèi)生成多面體邊界層，邊界層區(qū)域使用棱柱層主導(dǎo)網(wǎng)格。

作者Cadence CFD 解決方案 抽象的：來自第四屆 AIAA CFD 高升力預(yù)測(cè)研討會(huì)和第三屆幾何與網(wǎng)格生成研討會(huì)的網(wǎng)格生成和流動(dòng)求解器專家的共同努力幫助評(píng)估了當(dāng)前一代計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 技術(shù)對(duì)掃掠、介質(zhì)的數(shù)值預(yù)測(cè)能力/高升力配置的高展弦比機(jī)翼。

最后，根據(jù)生成的網(wǎng)格級(jí)別設(shè)置后緣上的單元/點(diǎn)的數(shù)量。 在體積中，建議網(wǎng)格至少有兩層垂直于粘性壁的恒定單元間距，并在網(wǎng)格族級(jí)別的邊界層區(qū)域中使用縮放拉伸比，但值不超過 1.25。對(duì)于體積網(wǎng)格的其他建議包括在尾流區(qū)域提供額外的細(xì)化（如果可能，使用流對(duì)齊的單元）。縫翼和主翼元件后面的區(qū)域特別令人感興趣，因?yàn)?em>邊界層與來自上游元件的尾流的對(duì)流和擴(kuò)散之間存在潛在的相互作用。 B.

1.3.4網(wǎng)格及無關(guān)性分析采用多面體加附面層網(wǎng)格的生成方法，網(wǎng)格的總單元數(shù)為6833648個(gè)，如圖5所示。多孔介質(zhì)區(qū)域的物面部分不需要生成邊界層網(wǎng)格。這是因?yàn)橛?jì)算多孔介質(zhì)的慣性和粘性系數(shù)時(shí)，已經(jīng)考慮了上下壁面阻力的影響。因此，在求解時(shí)只需要在壁面加“滑移”邊界條件，無需考慮邊界層，能夠大大減少總網(wǎng)格數(shù)量，提高計(jì)算效率。

加入轉(zhuǎn)捩模型后的流動(dòng)計(jì)算能夠捕捉到邊界層從層流到湍流的細(xì)微變化，提高CFD模擬的準(zhǔn)確性。

計(jì)算網(wǎng)格的合理設(shè)計(jì)和高質(zhì)量生成是 CFD 計(jì)算的前提條件，而且網(wǎng)格生成仍然是最占人力時(shí)間的一部分。一套劃分良好的網(wǎng)格是CFD解決問題的關(guān)鍵。劃分網(wǎng)格，用學(xué)術(shù)的語言就是將空間中，特定外形的計(jì)算區(qū)域,按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分成需要的子區(qū)域，并確定每個(gè)區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)。生成網(wǎng)格的本質(zhì)在數(shù)學(xué)上就是用有限個(gè)離散的點(diǎn)來代替原來的連續(xù)空間，之后將控制偏微分方程組轉(zhuǎn)化為各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的代數(shù)方程組。

當(dāng)引入邊界層網(wǎng)格時(shí)，可能會(huì)帶來問題。COMSOL Multiphysics 采用一種方法，即在對(duì)體進(jìn)行網(wǎng)格剖分后，將邊界層網(wǎng)格推入域中。域中的單元需要為邊界層單元留出空間，邊界層單元可以在面內(nèi)移動(dòng)，也可以沿著邊移動(dòng)，但不能脫離面或遠(yuǎn)離邊。如果不允許單元移動(dòng)，則試圖進(jìn)入該域的單元和邊界層單元都可能被壓扁。

高階網(wǎng)格 下圖所示的系統(tǒng)是在葉片表面和邊界層區(qū)域使用線性網(wǎng)格的渦輪葉片網(wǎng)格分布。可以看到，在越接近葉片根部邊緣處，網(wǎng)格密度越高。這樣做是為了精確的模擬葉片表面彎曲形狀以及沿表面邊界層的梯度變化。