La simulación del flujo cerca de la pared en la capa límite es numéricamente exigente, aquí prevalecen las propiedades viscosas del fluido y el perfil de velocidad es muy empinado.
La velocidad en la superficie del modelo es cero y continúa aumentando muy rápidamente (grandes gradientes de velocidad). Para capturar estos grandes gradientes de velocidad en un cálculo de CFD, se necesita una malla muy fina cerca de la pared, pero esto conduce a una malla grande y a un cálculo que consume mucho tiempo y memoria.
Por lo tanto, en el modelado de CFD del perfil de velocidad en la capa límite, no se usa la aproximación por función lineal por partes, pero se usan las funciones no lineales (ver imagen anterior). Las funciones no lineales, o funciones de muro, nos permiten tener celdas de malla significativamente más grandes en el muro y aún así capturar todas las propiedades del flujo de la capa límite. Para conocer la forma de la función del muro, necesitamos conocer la forma del perfil de velocidad real en la capa límite, que se obtiene del experimento o del DNS (Direct Numerical Simulation), véase la siguiente, tomada de la literatura [1].
Las funciones de muro (unidades de muro) son funciones adimensionales que usamos para modelar el el perfil de velocidad medido e intente aproximarlo lo más posible, U+ e y+ son la velocidad adimensional y la distancia adimensional desde el muro, se puede encontrar información más detallada sobre las funciones del muro enManual de ANSYS o CFD Direct [2]. Damos las cantidades en forma adimensional para lograr el desarrollo correcto de la capa límite en nuestro cálculo de CFD independientemente de las condiciones de flujo libre, la forma y las dimensiones de la geometría. La métrica adimensional (distancia) y+ da la distancia desde la pared en la capa límite, escalada según los parámetros del flujo, la velocidad de fricción y la viscosidad, y viene dada por la fórmula:
| ρ es | Densidad del fluido (flujo homogéneo e incompresible) |
| y | Distancia de la normal al muro |
| uτ | Velocidad de fricción |
| μ | Viscosidad dinámica del fluido |
La velocidad de fricción uτ se puede basar en la tensión tangencial del muro o en la energía cinética turbulenta, en nuestro caso, se basa en la tensión tangencial del muro y viene dada por la ecuación:
La distancia adimensional, también conocida como distancia del muro en RWIND 3, por ahora solo está disponible para el cálculo de Flujo estacionario. El y+ se calcula a partir de la distancia desde la pared del modelo y hasta el centro de gravedad de la celda en la primera capa de celdas de malla alrededor del modelo, el valor y+ se puede mostrar y comprobar en las celdas del modelo.
Para ver y+, tiene que activar "Resultados en malla computacional" en la "Barra de edición - Simulación":
Luego, puede encontrar esta cantidad en la ventana Inspector de malla, donde puede usar el ratón para ver y+ en las celdas del modelo.
