四十五、壁面函数理论及y+的确定 |
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0. 前言
什么叫做壁面函数,为什么引入壁面函数的概念?? 因为流体无论流动,还是传热、传质都存在边界层。而之所以有壁面函数这个东西,根源就在于边界层理论。 大家都知道什么是边界层理论,我们想要理解壁面函数,就必须搞清楚边界层理论的产生对数值计算带来了什么影响???。 边界层分为速度边界层、热边界层和浓度边界层。 速度边界层:当具有粘性的流体,经过壁面附近,流速下降,直接贴附于壁面的流体静止不动的一个薄层。 热边界层:指黏性流体流动壁面附近形成的以温度剧变为特征的流体薄层。 热边界层厚度: 其中δ表示速度边界层的厚度,δt表示热边界层的厚度 浓度边界层:某组分在流体中的浓度与固体壁面的浓度存在差异,则在壁面垂直方向上的流体内部将存在浓度梯度的流体薄层。 浓度边界层厚度 其中δ表示速度边界层的厚度,δc表示热边界层的厚度 2. 近壁面细节捕获这三种边界层都有一个共同的特点,那就是某个物理量A发生剧变,在边界层内产生非常大的梯度,且越靠近边界层梯度越大。而在边界层外,物理量A与主流中的物理量A值几乎相等,不存在梯度。 为了获得更加精确的计算结果,必须对边界层内的物理量梯度进行非常细节的捕获,如果捕获呢??我们首先冒出来的想法---网格加密 边界层网格加密是一个方式,将边界层网格画的非常密,越靠近边界层网格越密,这样可以捕获更多的细节,同时计算也会更加准确。 但是边界层网格加密存在两个缺点:第一,网格数量大大增加,为了获取更多的细节,需要不断细化网格,计算时间大大加长; 第二,网格质量变差,边界层网格的加密,导致网格的纵横比非常大,甚至达到上百,高纵横比可能会导致计算难以收敛,甚至发散。 有没有一种方法,既不需要划分更多的网格,同时还能捕获更多的边界层细节呢?? 于是乎,大佬们想出了这样一种办法。既然边界层内的物理量细节难以捕获,那么直接通过实验获得边界层内这些物理量的变化规律,然后将这些规律直接应用到数值计算不就可以了吗??实际上也确实是这样做的。 通过对边界层的研究,将边界层分为了三个区域,分别为粘性底层(0 |
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