關于FLUENT中Y+的一些討論

2017-01-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在粘性支層內不求解三維N-S方程,而用一維數學模型代替,將大大降低計算資源的使用,這就是壁面函數。一般高Re數湍流模型都使用壁面函數。第一層網格節點布置在粘性支層之外。那么你如何判斷你的邊界層網格節點布置是否合適呢?這就要檢查你的y+,y+就是第一層網格質心到壁面的無量綱距離,與速度、粘度、剪應力等等都有關系。對于y+的值,各個學者推薦的范圍是不一樣的,但一般在30-60之內肯定是沒有問題的。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格布置比較合理,如果y+不合理,就要調整你的邊界層網格。

二、關于Y+的幾點筆記

y+普遍存在于湍流問題中,Y+是由solver解出來的結果,網格劃分時,底層網格一般布置到對數分布律成立的范圍內,即11.5~30<=y+<=200~400。在計算開始時,y+并不知道,這些值需要在計算過程中加以調整。數值計算實踐表明,y+對傳熱特性的影響比較大,往往存在一個合適的取值范圍,在該范圍內數值計算結果與實驗數據的符合較好。算每個模型都要先大概算一下,然后得到y+,然后再算第一層高度,重新畫網格,貌似像是一個迭代的過程。

估算可以采取以下的方法:

1,專門計算器

最好是使用NASA Viscous Grid Space Calculator計算,網址為:

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

3,一些經驗之談

Laminar sublayer (y+ < 5)

Buffer region (5 < y+ < 30)

Turbulent region (y+ > 30)

增強的壁面函數(Enhanced Wall Treatment)對于y plus大于30的有很好的作用,對于5到30的也能求解,但對于laminar底層,對求解非常敏感,特別是在高雷諾數的情況下。所以對于高雷諾數的湍流流動,可以先選擇增強的壁面函數設置,然后計算完以后,通過計算的y plus對網格進行修改。

湍流邊界層分為內區和外區,而內區有分成:

粘性子層,粘性作用主導

過渡層,湍流作用和粘性作用相當

對數律層,湍流作用主導

外區:慣性力主導

距離壁面最近節點定義了y+的值,在他們之間應用壁面函數,一般應該使該節點位于粘性子層之外,即y+>=11.06好像,同時在湍流邊界層內應該布置一定數量的網格節點,而y+的上限由雷諾數判定,我覺得和湍流邊界層的厚度有關,因為從經驗上,對數律層只能到總的邊界層厚度的20%。

問題是:具體在生成網格時,如何來控制網格滿足一定的y+要求呢?

對大空間的鈍體繞流計算,合理的y+應該在什么范圍內?而據我所知,y+是結果算出來之后查看的,如果不是很關心剪切力,湍流邊界層需要準確計算嗎?一剛開始,壁面網格生成憑經驗確定。計算后,根據流場查看y+值是否滿足事前的假定,不滿足則需要修改網格,再計算、查看y+,如此繼續下去。因而我感覺事先是無法準確確定網格

y+是與速度相關的量,不僅僅取決于第一層網格的尺寸,因此必須進行實際運算才能知道。不過如果做的活多了,就會知道第一層網格該怎么取了!

主要是計算后檢驗,需要反復幾次。

一般有y+在30至100左右,太密了,壁函數就作用不大了;過大,壁面處精度不夠。對于

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

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

可以使用公式進行估計

近壁y+估計值(經驗公式)4 2 2

近壁y+實際值(計算結果)3~8 1~6 1~5

如果使用標準壁面函數,真如上面所說,過大和過小,都不好,一般為30左右最好!

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

至于劃分網格的過程,需要多次的反復

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