壁面函数及边界层

大量的试验表明，对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上，可将流动划分为壁面区（近壁区）和核心区，对于核心区的流动，我们认为是完全湍流区，而在近壁区，流体运动受壁面运动条件的影响比较明显，壁面区可以分成3个子层：粘性底层，过渡层，对数律层。

无论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型，还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍流才有效的，也就是说，这些模型均是高Re数的湍流模型。它们只能用于求解处于湍流核心区的流动。
解决这个问题目前有两个途径：
一、采用一组半经验的公式（即壁面函数），而不对粘性影响比较明显的区域（粘性底层和过渡层）进行求解，将壁面上的物理量与湍流核心区内的相应物理量联系起来。这就是壁面函数法。在划分网格的时候，不需要在壁面区加密，只需要把第一个节点布置在对数律成立的区域内，即配置在湍流充分发展区域。
   如果要用到壁面函数的话，在define---modle--viscous面板里有near wall treatment一项。可以选择标准壁面函数、不平衡壁面函数等。
二、是采用低Re数的k—ε模型来求解粘性底层和过渡层，此时需要在壁面区划分比较细密的网格，越靠近壁面，网格越细。当局部湍流的Re数小于150时，就应该使用低Re数的k—ε模型。
   对于湍流充分发展的核心流动区域使用标准的K-epsilon模型或其改进模型求解；对壁面分子粘性影响明显的区域，直接用半经验公式将壁面上的物理量与湍流核心区内的求解量联系起来，而不对壁面区内流动求解。也就是将求解的第一个内节点布置在近壁区域的对数律成立的区域里，即湍流充分发展的区域，其内不再配置任何节点，如下图所示：

1，采用壁面函数处理的要求：

 
   流场计算完后，查看：Display>Contours…> Contours of /Turbulence…/Wall Yplus
   如果y+ 的值大于该范围，应该加密该区域网格，重新计算，再查看y+ ，如果仍不在其范围，继续加密网格。
  壁面网格加密可采用自适应网格：
   Adapt>Y+/Y*…，Options选项，只选Refine ；Type选Y+；点击Mark，再点击Adapt；及完成网格加密。
2，采用SA模型，LES模型等的要求：

、


部分建议如下：
（1）对于使用了壁面函数（标准壁面和非平衡壁面），y+一般要求在30到300之间，其中接近30最可取。
（2）对于增强型壁面，y+最好在1以下，the y+ is between 4 and 5 is also acceptable。
（3）不管对于那种壁面函数，y+最好不要落在5~30之间。
（4）查看壁面y+，可以在display -contour-turbulent-wall y plus 下查看。
（5）关于y+的估算，http://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/这个网站上有计算公式。
（6）通过加密壁面网格可以使y+减小，最好的方式是通过画边界层。