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2024-07-12

墙面距离 y+

在边界层中壁附近流动的模拟在数值上要求很高,这里流体的粘性性质占主导并且速度分布非常陡峭。

模型表面的速度为零,并且继续快速增加(大速度梯度)。 在 CFD 计算中,为了捕捉这些大的速度梯度,在壁面附近需要一个非常精细的网格,这会导致网格很大,并且需要大量的内存和计算时间。

因此,在边界层速度剖面的 CFD 建模中,不是使用分段线性函数来逼近,而是使用非线性函数(见模型 图像)。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,同时仍能捕捉边界层流动的所有特性。为了了解壁面函数的形状,我们需要知道边界层中真实速度分布的形状,该形状可以通过实验或 DNS(直接数值模拟)获得,请参阅图像如下,取自 文献 [1]。

墙角函数(墙角单位)是无量纲函数,我们使用它来对墙面进行建模 实测速度分布 ,并尽可能地逼近它,U+和 y+是无量纲速度,到墙面的距离无量纲,有关壁面函数的更多详细信息可以访问 ANSYS 手册CFD Direct [2]. 这里给出数值的无量纲形式,以便在我们的 CFD 计算中能够得到正确的边界层发展,而不受自由流动条件、几何形状和尺寸的影响。 无量纲的 metric(距离)y+给出了边界层中距壁的距离,根据流动参数,摩擦速度和粘度进行换算,其计算公式如下:

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

RWIND 3 中的无量纲距离,即墙面距离,目前只用于 稳态流计算。 y+值的计算方法是从壁面 y 到模型周围第一层网格的重心,然后可以在模型单元格中显示和检查 y+值。

要查看 y+ ,必须激活“编辑栏 - 模拟”中的“计算网格结果”:

然后,您可以在 Mesh Inspector 窗口中找到该数量,您可以在其中使用鼠标查看模型单元上的 y+。

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