网格技术|近壁区网格处理/Y+网格

导读:介绍近壁区网格的处理方式,即Y+网格。

前面文章流动边界层壁面函数介绍到由于流体粘性的存在,流体在近壁区运动会存在边界层(无粘计算不需要考虑边界层)。因此在计算中对边界层的网格划分需要特殊处理。

对边界层的特殊的特殊处理,我们首先需要介绍第一层网格。

第一层网格


   
边界层包括粘性底层、过渡层及对数律层。通常边界层很薄,一般是毫米、微米级,因此如果直接进行网格加密的话,势必会大大增加计算量。

网格技术|近壁区网格处理/Y+网格的图1


实验发现,对数律层处于完全湍流状态;而在粘性底层及过渡层中,粘性力起主要作用,此时速度分布可以通过经验公式直接计算得到,因此无需划分网格。
也就是说,可以将计算区域的第一层网格放置在对数律层内;而在粘性底层及过渡层中无需计算网格,这部分物理量的分布可以通过 壁面函数来计算完成,或者通过近壁面模型(k-w模型)求解(采用N-S方程离散求解,与湍流区求解方式一致)。

第一层网格厚度的估算


   
为了能保证第一层网格可以放置在对数律层内,可以用 y+进行估算。
y+其实就是描述物理壁面的法向距离的无量纲量,为什么要用无量纲量描述呢?因为想用一个合适尺度参数来描述边界层厚度,用m或mm的单位太大了。
  • 对于标准或者非平衡的壁面函数法,每个壁面相邻的单元体中心必须位于对数律层, y+=30-300;
  • 对于增强型壁面函数,每个与壁面相邻的单元体中心应该位于粘性亚层, y+=1。
为了计算第一层网格厚度,首先应该估算第一层网格的厚度,使 y+符合范围: 
1606023966(1).png  
网格技术|近壁区网格处理/Y+网格的图3其中ut为壁面摩擦速度:
1606024189(2).png  
  ywall就是估算的单元体大小。
如果觉得计算繁琐,这里提供两个Y+计算网址:
http://www.pointwise.com/yplus/
https://www.cfd-online.com/Tools/yplus.php

微信公众号:CFD控

知乎号:CFD控制

微信文章截图:

网格技术_近壁区网格处理_Y+网格_壹伴长图1.jpg
(13条)
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是不是写错了?在粘性底层和过渡层,粘性力占主导地位,用牛顿粘性定律可以预测速度分布,所以用了壁面函数。
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谢谢指正
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