Simulace proudění v blízkosti stěny v mezní vrstvě je numericky náročná, převládají zde viskózní vlastnosti kapaliny a rychlostní profil je velmi strmý.
Rychlost na povrchu modelu je nulová a stále velmi rychle roste (velké gradienty rychlosti). Aby bylo možné zachytit tyto velké gradienty rychlostí v CFD výpočtu, je zapotřebí velmi jemná síť v blízkosti stěny, což ovšem vede k velké síti a paměťově i časově náročnému výpočtu.
Proto se při CFD modelování rychlostního profilu v mezní vrstvě nepoužívá aproximace po částech lineární funkcí, ale nelineární funkce (viz obrázek výše). Nelineární nebo stěnové funkce nám umožňují mít výrazně větší buňky sítě na stěně a přitom zachytit všechny vlastnosti proudění mezní vrstvy. Abychom mohli znát tvar stěnové funkce, potřebujeme znát tvar skutečného rychlostního profilu v mezní vrstvě, který se získá buď z experimentu, nebo z DNS (přímá numerická simulace), viz obrázek níže, převzatý z literatury [1].
Stěnové funkce (nástěnné jednotky) jsou bezrozměrné funkce, pomocí kterých modelujeme změřený rychlostní profil a pokusit se ho co nejvíce aproximovat, U+ a y+ jsou bezrozměrná rychlost a bezrozměrná vzdálenost od stěny, podrobnější informace o stěnových funkcích najdete v Manuál ANSYS nebo CFD Direct [2]. Veličiny uvádíme v bezrozměrné formě, abychom v našem CFD výpočtu dosáhli správného vývoje mezní vrstvy nezávisle na podmínkách volného proudění, tvaru a rozměrech geometrie. Bezrozměrná metrika (vzdálenost) y+ udává vzdálenost od stěny v mezní vrstvě, v měřítku podle parametrů proudění, rychlosti tření a viskozity, a je dána vzorcem:
| ρ ... | Hustota kapaliny (homogenní a nestlačitelné proudění) |
| y | Vzdálenost normály ke stěně |
| uτ | Třecí rychlost |
| μ | Dynamická viskozita kapaliny |
Rychlost tření uτ může být založena na smykovém napětí stěny nebo turbulentní kinetické energii, v našem případě vychází ze smykového napětí stěny a je dána rovnicí:
Bezrozměrná vzdálenost nebo také vzdálenost od stěny v programu RWIND 3 je zatím k dispozici pouze pro výpočet Ustálené proudění. Hodnota y+ se vypočítá ze vzdálenosti y od stěny modelu k těžišti buňky v první vrstvě buněk sítě okolo modelu, hodnotu y+ pak lze zobrazit a zkontrolovat na buňkách modelu.
Pro zobrazení y+ je třeba v "Upravit prut - simulace" aktivovat "Výsledky na výpočetní síti":
Tuto veličinu pak najdete v okně Mesh Inspector, kde lze pomocí myši zobrazit y+ na buňkách modelu.
