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2023-11-22

墙距离 y+

边界层中壁面附近的流动对数值要求很高,这里主要考虑流体的粘性属性,并且速度分布非常陡峭。

模型表面的速度为零,并且继续以非常快的速度增加(大的速度梯度)。 为了在 CFD 计算中捕捉到这些较大的速度梯度,需要在靠近壁面的位置进行非常精细的网格划分,但这会导致网格过大,并且占用大量内存和计算时间。

因此,在对边界层中的速度剖面进行 CFD 建模时,没有使用分段线性函数进行逼近,而是使用了非线性函数(见上面的 图片)。 非线性函数或壁面函数允许我们在壁面上拥有更大的网格单元,并且仍然可以捕获边界层流动的所有属性。 为了知道壁面函数的形状,我们需要知道边界层中真实速度剖面的形状,该形状可以通过实验或 DNS (Direct Numerical Simulation),请参见下面的 图片,图片来自 [1].

壁面函数(壁面单位)是无量纲函数,我们用它来模拟 实测的速度剖面,并尽可能地逼近它,U+和 y+是无量纲的速度和距离有关壁面函数的更多信息,请参见ANSYS ManualCFD Direct [2]。 我们给出无量纲形式的量,以便在我们的 CFD 计算中实现正确的边界层发展,而与几何形状的自由流动条件、形状和尺寸无关。 无量纲(距离) y+给出边界层到壁面的距离,根据流动参数、摩擦速度和粘度进行缩放,并由公式计算得出:

摩擦速度 uτ可以基于壁面剪应力或湍流动能,在我们的例子中,它基于壁面剪应力,由下式给出:

RWIND 2 中的无量纲距离(即壁面距离)目前仅适用于稳态流动计算。 y+是从模型壁 y 到模型周围第一层网格单元中的重心的距离计算的,然后可以在模型单元上显示和检查 y+值。

要查看 y+ ,必须在“编辑栏 - 模拟”中激活“计算网格上的结果”:

网格检查窗口中可以找到该量,在该窗口中您可以使用鼠标查看模型单元上的 y+值。


参考
  1. Moser, RD、Kim, J. 和 Mansour, N (1999)。 Re=590 渠道湍流流动的直接数值模拟。 流体物理学, 11 (4), 943-945。 https://doi.org/10.1063/1.869966
  2. Greenshields,CJ 和 Weller,HG (2022)。 关于计算流体动力学的说明: 总则 CFD Direct Ltd.
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