關(guān)于FLUENT中Y+的一些討論

2017-01-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在粘性支層內(nèi)不求解三維N-S方程,而用一維數(shù)學(xué)模型代替,將大大降低計(jì)算資源的使用,這就是壁面函數(shù)。一般高Re數(shù)湍流模型都使用壁面函數(shù)。第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布置在粘性支層之外。那么你如何判斷你的邊界層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布置是否合適呢?這就要檢查你的y+,y+就是第一層網(wǎng)格質(zhì)心到壁面的無量綱距離,與速度、粘度、剪應(yīng)力等等都有關(guān)系。對(duì)于y+的值,各個(gè)學(xué)者推薦的范圍是不一樣的,但一般在30-60之內(nèi)肯定是沒有問題的。也有推薦10-110甚至200的。y+的值合理,意味著你的第一層邊界網(wǎng)格布置比較合理,如果y+不合理,就要調(diào)整你的邊界層網(wǎng)格。

二、關(guān)于Y+的幾點(diǎn)筆記

y+普遍存在于湍流問題中,Y+是由solver解出來的結(jié)果,網(wǎng)格劃分時(shí),底層網(wǎng)格一般布置到對(duì)數(shù)分布律成立的范圍內(nèi),即11.5~30<=y+<=200~400。在計(jì)算開始時(shí),y+并不知道,這些值需要在計(jì)算過程中加以調(diào)整。數(shù)值計(jì)算實(shí)踐表明,y+對(duì)傳熱特性的影響比較大,往往存在一個(gè)合適的取值范圍,在該范圍內(nèi)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的符合較好。算每個(gè)模型都要先大概算一下,然后得到y(tǒng)+,然后再算第一層高度,重新畫網(wǎng)格,貌似像是一個(gè)迭代的過程。

估算可以采取以下的方法:

1,專門計(jì)算器

最好是使用NASA Viscous Grid Space Calculator計(jì)算,網(wǎng)址為:

http://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/

3,一些經(jīng)驗(yàn)之談

Laminar sublayer (y+ < 5)

Buffer region (5 < y+ < 30)

Turbulent region (y+ > 30)

增強(qiáng)的壁面函數(shù)(Enhanced Wall Treatment)對(duì)于y plus大于30的有很好的作用,對(duì)于5到30的也能求解,但對(duì)于laminar底層,對(duì)求解非常敏感,特別是在高雷諾數(shù)的情況下。所以對(duì)于高雷諾數(shù)的湍流流動(dòng),可以先選擇增強(qiáng)的壁面函數(shù)設(shè)置,然后計(jì)算完以后,通過計(jì)算的y plus對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修改。

湍流邊界層分為內(nèi)區(qū)和外區(qū),而內(nèi)區(qū)有分成:

粘性子層,粘性作用主導(dǎo)

過渡層,湍流作用和粘性作用相當(dāng)

對(duì)數(shù)律層,湍流作用主導(dǎo)

外區(qū):慣性力主導(dǎo)

距離壁面最近節(jié)點(diǎn)定義了y+的值,在他們之間應(yīng)用壁面函數(shù),一般應(yīng)該使該節(jié)點(diǎn)位于粘性子層之外,即y+>=11.06好像,同時(shí)在湍流邊界層內(nèi)應(yīng)該布置一定數(shù)量的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),而y+的上限由雷諾數(shù)判定,我覺得和湍流邊界層的厚度有關(guān),因?yàn)閺慕?jīng)驗(yàn)上,對(duì)數(shù)律層只能到總的邊界層厚度的20%。

問題是:具體在生成網(wǎng)格時(shí),如何來控制網(wǎng)格滿足一定的y+要求呢?

對(duì)大空間的鈍體繞流計(jì)算,合理的y+應(yīng)該在什么范圍內(nèi)?而據(jù)我所知,y+是結(jié)果算出來之后查看的,如果不是很關(guān)心剪切力,湍流邊界層需要準(zhǔn)確計(jì)算嗎?一剛開始,壁面網(wǎng)格生成憑經(jīng)驗(yàn)確定。計(jì)算后,根據(jù)流場查看y+值是否滿足事前的假定,不滿足則需要修改網(wǎng)格,再計(jì)算、查看y+,如此繼續(xù)下去。因而我感覺事先是無法準(zhǔn)確確定網(wǎng)格

y+是與速度相關(guān)的量,不僅僅取決于第一層網(wǎng)格的尺寸,因此必須進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算才能知道。不過如果做的活多了,就會(huì)知道第一層網(wǎng)格該怎么取了!

主要是計(jì)算后檢驗(yàn),需要反復(fù)幾次。

一般有y+在30至100左右,太密了,壁函數(shù)就作用不大了;過大,壁面處精度不夠。對(duì)于

粗糙壁面,yp一般為4倍的粗糙度。30—100是壁面函數(shù)的敏感區(qū),大于100時(shí)必須要采用壁面函數(shù)修正,但是精度有較大影響,

在小于30時(shí),可以不用壁面函數(shù),目前一般的求解,盡量不要用壁面函數(shù),為了求解精度的需要,取值小于30,就可以了。

可以使用公式進(jìn)行估計(jì)

近壁y+估計(jì)值(經(jīng)驗(yàn)公式)4 2 2

近壁y+實(shí)際值(計(jì)算結(jié)果)3~8 1~6 1~5

如果使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù),真如上面所說,過大和過小,都不好,一般為30左右最好!

如果使用低雷諾數(shù)模型,及enhance wall function,y+需要是1的量界!

至于劃分網(wǎng)格的過程,需要多次的反復(fù)

ANSYS 14 FLUENT用戶教程中二維翼型的例子

The values ofY+are dependent on the resolution of the mesh and the Reynoldsnumber of the flow, and are defined only in wall-adjacent cells. The value ofY+in the wall-adjacent cells dictates how wall shear stress is calculated.When you use the Spalart-Allmaras model, you should check thatY+of the wall-adjacent cells is either very small(on the order ofY+???),or approximately 30 or greater. Otherwise, you shouldmodify your mesh.

The equation for Y+is

Where Y is the distance from the wall to the cell center,μis the molecular viscosity,ρis the density of the air, andτWis the wall shear stress.

Figure 5.11(p. 254)indicates that, except for a few small regions (notably at the shock and the trailing edge),Y+>30and for much of these regions it does not drop significantly below 30. Therefore, you can conclude that the near-wall mesh resolution is acceptable.

Figure 5.11 XY Plot of y+ Distribution