La simulazione del flusso vicino alla parete nello strato limite è numericamente impegnativa, qui prevalgono le proprietà viscose del fluido e il profilo di velocità è molto ripido.
La velocità sulla superficie del modello è zero e continua ad aumentare molto rapidamente (gradienti di velocità elevati). Per catturare questi grandi gradienti di velocità in un calcolo CFD, è necessaria una mesh molto fine vicino alla parete, ma questo porta a una mesh grande e un calcolo che richiede tempo e memoria.
Pertanto, nella modellazione CFD del profilo di velocità nello strato limite, non viene utilizzata l'approssimazione per funzione lineare a tratti, ma vengono utilizzate le funzioni non lineari (vedi immagine sopra). Le funzioni non lineari, o funzioni della parete, ci consentono di avere celle mesh significativamente più grandi sulla parete e di catturare comunque tutte le proprietà del flusso dello strato limite. Per conoscere la forma della funzione della parete, abbiamo bisogno di conoscere la forma del profilo di velocità reale nello strato limite, che è ottenuto dall'esperimento o da DNS (Direct Numerical Simulation), vedere l'immagine di seguito, tratta dalla letteratura [1].
Le funzioni parete (unità parete) sono funzioni adimensionali che utilizziamo per modellare il profilo di velocità misurato e provare ad approssimarlo il più vicino possibile, U+ e y+ sono velocità adimensionale e distanza adimensionale da parete, informazioni più dettagliate sulle funzioni della parete sono disponibili in Manuale ANSYS o CFD Direct [2]. Diamo le quantità in forma adimensionale al fine di ottenere il corretto sviluppo dello strato limite nel nostro calcolo CFD indipendentemente dalle condizioni di flusso libero, dalla forma e dalle dimensioni della geometria. La metrica adimensionale (distanza) y+ fornisce la distanza dalla parete nello strato limite, scalata in base ai parametri di flusso, velocità di attrito e viscosità, ed è data dalla formula:
| ρ | Densità del fluido (flusso omogeneo e incomprimibile) |
| y | Distanza della normale alla parete |
| uτ | Velocità di attrito |
| μ | Viscosità dinamica del fluido |
La velocità di attrito uτ può essere basata sulla tensione di taglio della parete o sull'energia cinetica turbolenta, nel nostro caso si basa sulla tensione di taglio della parete ed è data dall'Eq:
La distanza adimensionale, nota anche come distanza dalla parete, in RWIND 2 è per ora disponibile solo per il calcolo a flusso stazionario. y+ è calcolato dalla distanza dalla parete del modello y al baricentro della cella nel primo strato di celle mesh attorno al modello, il valore y+ può quindi essere visualizzato e verificato sulle celle del modello.
Per visualizzare y+, devi attivare "Risultati sulla mesh computazionale" in "Barra di modifica - Simulazione":
Quindi, puoi trovare questa quantità nella finestra Ispettore mesh, dove puoi utilizzare il mouse per visualizzare y+ sulle celle del modello.
