关于FLUENT中Y+的一些讨论

2017-01-11 by:CAE仿真在线来源:互联网

在粘性支层内不求解三维N-S方程,而用一维数学模型代替,将大大降低计算资源的使用,这就是壁面函数。一般高Re数湍流模型都使用壁面函数。第一层网格节点布置在粘性支层之外。那么你如何判断你的边界层网格节点布置是否合适呢?这就要检查你的y+,y+就是第一层网格质心到壁面的无量纲距离,与速度、粘度、剪应力等等都有关系。对于y+的值,各个学者推荐的范围是不一样的,但一般在30-60之内肯定是没有问题的。也有推荐10-110甚至200的。y+的值合理,意味着你的第一层边界网格布置比较合理,如果y+不合理,就要调整你的边界层网格。

二、关于Y+的几点笔记

y+普遍存在于湍流问题中,Y+是由solver解出來的結果,网格划分时,底层网格一般布置到对数分布律成立的范围内,即11.5~30<=y+<=200~400。在计算开始时,y+并不知道,这些值需要在计算过程中加以调整。数值计算实践表明,y+对传热特性的影响比较大,往往存在一个合适的取值范围,在该范围内数值计算结果与实验数据的符合较好。算每个模型都要先大概算一下,然后得到y+,然后再算第一层高度,重新画网格,貌似像是一个迭代的过程。

估算可以采取以下的方法:

1,专门计算器

最好是使用NASA Viscous Grid Space Calculator计算,网址为:

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

3,一些经验之谈

Laminar sublayer (y+ < 5)

Buffer region (5 < y+ < 30)

Turbulent region (y+ > 30)

增强的壁面函数(Enhanced Wall Treatment)对于y plus大于30的有很好的作用,对于5到30的也能求解,但对于laminar底层,对求解非常敏感,特别是在高雷诺数的情况下。所以对于高雷诺数的湍流流动,可以先选择增强的壁面函数设置,然后计算完以后,通过计算的y plus对网格进行修改。

湍流边界层分为内区和外区,而内区有分成:

粘性子层,粘性作用主导

过渡层,湍流作用和粘性作用相当

对数律层,湍流作用主导

外区:惯性力主导

距离壁面最近节点定义了y+的值,在他们之间应用壁面函数,一般应该使该节点位于粘性子层之外,即y+>=11.06好像,同时在湍流边界层内应该布置一定数量的网格节点,而y+的上限由雷诺数判定,我觉得和湍流边界层的厚度有关,因为从经验上,对数律层只能到总的边界层厚度的20%。

问题是:具体在生成网格时,如何来控制网格满足一定的y+要求呢?

对大空间的钝体绕流计算,合理的y+应该在什么范围内?而据我所知,y+是结果算出来之后查看的,如果不是很关心剪切力,湍流边界层需要准确计算吗?一刚开始,壁面网格生成凭经验确定。计算后,根据流场查看y+值是否满足事前的假定,不满足则需要修改网格,再计算、查看y+,如此继续下去。因而我感觉事先是无法准确确定网格

y+是与速度相关的量,不仅仅取决于第一层网格的尺寸,因此必须进行实际运算才能知道。不过如果做的活多了,就会知道第一层网格该怎么取了!

主要是计算后检验,需要反复几次。

一般有y+在30至100左右,太密了,壁函数就作用不大了;过大,壁面处精度不够。对于

粗糙壁面,yp一般为4倍的粗糙度。30—100是壁面函数的敏感区,大于100时必须要采用壁面函数修正,但是精度有较大影响,

在小于30时,可以不用壁面函数,目前一般的求解,尽量不要用壁面函数,为了求解精度的需要,取值小于30,就可以了。

可以使用公式进行估计

近壁y+估计值(经验公式)4 2 2

近壁y+实际值(计算结果)3~8 1~6 1~5

如果使用标准壁面函数,真如上面所说,过大和过小,都不好,一般为30左右最好!

如果使用低雷诺数模型,及enhance wall function,y+需要是1的量界!

至于划分网格的过程,需要多次的反复

ANSYS 14 FLUENT用户教程中二维翼型的例子

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