边界层网格划分

边界层网格的划分与计算时所采用的湍流模型息息相关!


以目前较为常用的湍流模型分别来分析对应的边界层网格划分方法:S-A模型,k-epsilon模型,k-omega模型

以下信息来自多个网页端信息的调研总结:

k-epsilon模型要搭配壁面函数进行使用。因此,若采用k-epsilon模型,边界层内的网格布能太密,第一层网格应位于边界层的对数区(y+大于30小于200比较合适)。这样第一层网格内变同同时包含了边界层的粘性底层,过度层和部分对数层,这些层内的流动规律通过壁面函数计算。

缺点:

因为边界层内采用了壁面函数,因此该模型不能计算边界层尺度内流场变化显著的工况,比如:边界层分离等(计算中可能出现激波干涉情形的慎用)。


k-epsilon模型的第一层网格距离边界层比较远,不属于近壁面模型。有的湍流模型要求边界层网格距离壁面比较近才能得出正确的结果,这样的湍流模型称为近壁面模型。

常见的近壁面模型:S-A模型,k-omega模型。


对于近壁面模型,边界层网格要求越细越好,因此对网格划分的精细度有个最低要求:

网格要求:

在粘性底层内至少要分布三层网格。(以第一层网格y+=1为例,若网格增长率为1.2,第三层网格的高度的y+便为3.64,第四层网格的高度为5.368。而粘性底层的厚度为y+=5~8。可以看到,如此,四层网格遍很容易超出粘性底层。这样的网格并不是很保险。)

一般推荐:第一层网格的y+选为0.5,网格增长率不宜超过1.3,取1.15比较保险。(此时,第20层网格的高度所在位置y+等于51.22、30层网格对应y+等于217.4、40层网格对应y+等于889.54)。20层网格已经超出中间层,30层网格位于对数层,而40层网格已经远远位于边界层之外,满足边界层内分布20层网格的最低要求。

根据y+计算第一层网格厚度:https://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/

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