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四、層流邊界層 流體繞物體流動(dòng)時(shí)，在物體的前端或上游部分的邊界層，一般是層流邊界層。沿曲面的層流邊界層。由于外流速度有變化，與平板有所不同，但速度分布大致類似。緊貼物面的速度梯度較大，因而剪應(yīng)力也較大。物面上的剪應(yīng)力為： 式中， 為流體動(dòng)力粘性系數(shù)。

薄層內(nèi)垂直壁面方向，流體速度逐漸增大。這句話看起來(lái)，好像懂了，又好像沒懂，咱們逐字分析?！?em>流體流過(guò)固體表面”說(shuō)明流體力學(xué)研究中所指的邊界層是發(fā)生在流體和固體交界面之間（這個(gè)邊界層是在流體和固體交界面之間），那么比如一杯水，上面是空氣，這是流體和流體的交界面，當(dāng)前研究中就不列入邊界層的概念。然后粘性，啥意思？流體力學(xué)中說(shuō)的流體粘性是指流體阻礙自身流動(dòng)的一種特性。

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。

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.

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。

在板的表面附近，流體由于摩擦而減速并形成稱為邊界層的薄層。邊界層的厚度計(jì)算為表面與流體流速等于 99% 自由流速度的點(diǎn)之間的距離。該邊界層的估計(jì)非常重要，因?yàn)樗軌蛑С肿枇蜕Φ念A(yù)測(cè)、流固耦合的理解以及流固設(shè)計(jì)和優(yōu)化的湍流建模。 在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 中，使用稱為 Y+ 值的參數(shù)可以更輕松地估算邊界層厚度。Y+邊界層厚度有助于提高流體模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率。

這最好通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，如 Cadence CFD 工具套件中所包含的那樣。

由于FENSAP流場(chǎng)求解器要求壁面第一層網(wǎng)格尺寸必須小于10-5m，本文采用0.005mm的邊界層第一層網(wǎng)格厚度。計(jì)算區(qū)域內(nèi)生成的網(wǎng)格如圖所示。網(wǎng)格在葉片表面附近密度增大用來(lái)捕捉邊界層區(qū)域的流動(dòng)信息。為了得到更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，這里將地面也建立了致密的邊界層網(wǎng)格。

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。

本求解器是 LS-DYNA 中第一個(gè)應(yīng)用新的體網(wǎng)格劃分器，它只需將流體域邊界的高質(zhì)量表面網(wǎng)格作為輸入，然后由 程序自動(dòng)生成體網(wǎng)格。另外，在隨著不可壓縮流的時(shí)間推進(jìn)期間，求解器將自適應(yīng)地重新網(wǎng)格化輸入求解器 特點(diǎn)。網(wǎng)格劃分器的另一個(gè)重要特征是能夠創(chuàng)建邊界層網(wǎng)格。當(dāng)在流體壁附近計(jì)算剪切應(yīng)力時(shí)，這些各向異性邊界層網(wǎng)格是模型求解關(guān)鍵。

但是，對(duì)于形狀更復(fù)雜的管道內(nèi)部和周圍的流動(dòng)，則需要使用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）來(lái)離散化流動(dòng)體積，然后求解隨時(shí)間變化的壓力、速度和溫度。 由于層流會(huì)沿著邊界表面的形狀流動(dòng)，因此層流建模成功的關(guān)鍵之一是創(chuàng)建與該表面平行的網(wǎng)格，即離散化步驟，以便最好地捕獲邊界層。

邊界層分辨率要求沿著物面法向的第一層網(wǎng)格點(diǎn)應(yīng)恰好落在邊界層的層流層內(nèi)。對(duì)于湍流流動(dòng)，沿著物面法向的第一層網(wǎng)格點(diǎn)必須滿足y+<1的要求。 5、設(shè)置求解策略 執(zhí)行仿真的策略包括以下內(nèi)容：使用什么空間推進(jìn)和時(shí)間推進(jìn)方式，湍流或者化學(xué)模型的選擇，算法的選擇等。

三角形網(wǎng)格1的增長(zhǎng)率三角形網(wǎng)格1.3的增長(zhǎng)率三角形網(wǎng)格1.4的增長(zhǎng)率5 邊界層網(wǎng)格 所謂邊界層就是流體分析物質(zhì)表面接觸時(shí)，物體表面的流體分子粘在一起，減慢了鄰近分子的速度，這種效應(yīng)從表面向上傳播，產(chǎn)生一個(gè)邊界層。

描述層流邊界層的特征 當(dāng)流體流過(guò)固體時(shí)，會(huì)建立一個(gè)邊界層，其中流體粒子相對(duì)于表面的速度為零。由于流體和固體之間的粘附力克服了液體顆粒之間的內(nèi)聚力，因此存在這種稱為無(wú)滑移條件的特性。邊界層的存在可以產(chǎn)生具有低雷諾數(shù)（慣性力與粘性力之比）的粘性層連續(xù)體，其粘性隨距邊界層的距離成比例增加。這是層流的情況，由于類似表面水平阻力的減少，層流通常被視為與密切相關(guān)的湍流相比更可取的狀態(tài)。

當(dāng)邊界層的寬高比達(dá)到此值，邊界層之后的所有層停止增長(zhǎng)。Growth Rate Type邊界增長(zhǎng)率類型：默認(rèn)選項(xiàng)Geometic指數(shù)增長(zhǎng)；Exponential冪函數(shù)增長(zhǎng)；Linear線性增長(zhǎng)。Maximum Angle最大轉(zhuǎn)角，數(shù)值范圍90°~180°，默認(rèn)140°。當(dāng)邊界層網(wǎng)格延伸到一個(gè)不需要?jiǎng)?em>邊界層網(wǎng)格的轉(zhuǎn)角時(shí)設(shè)置此項(xiàng)。

然而，這些網(wǎng)格塊可能是對(duì)接的、連續(xù)的、非連續(xù)的或者重疊的。網(wǎng)格必須滿足最低的網(wǎng)格質(zhì)量要求，如正交性（尤其是在邊界上），相對(duì)網(wǎng)格間距（最大值不能超過(guò)15%~20%），網(wǎng)格扭曲率等等。最大的網(wǎng)格間距應(yīng)該與流場(chǎng)重要特征的分辨率一致。邊界層分辨率要求沿著物面法向的第一層網(wǎng)格點(diǎn)應(yīng)恰好落在邊界層的層流層內(nèi)。對(duì)于湍流流動(dòng)，沿著物面法向的第一層網(wǎng)格點(diǎn)必須滿足y+<1的要求。5.

創(chuàng)建網(wǎng)格控制實(shí)體 引入額外的面和邊來(lái)控制網(wǎng)格有一個(gè)缺點(diǎn)：網(wǎng)格需要與這些額外的實(shí)體一致。當(dāng)引入邊界層網(wǎng)格時(shí)，可能會(huì)帶來(lái)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。