FLUENT中壁面函数 y plus

壁面对湍流有明显影响。

在很靠近壁面的地方，粘性阻尼减少了切向速度脉动，壁面也阻止了法向的速度脉动。

离开壁面稍微远点的地方，由于平均速度梯度的增加，湍动能产生迅速变大，因而湍流增强。

因此近壁的处理明显影响数值模拟的结果，因为壁面是涡量和湍流的主要来源。

实验研究表明，近壁区域可以分为三层，最近壁面的地方被称为粘性底层，流动是层流状态，分子粘性对于动量、热量和质量输运起到决定作用。

外区域成为完全湍流层，湍流起决定作用。

在完全湍流与层流底层之间底区域为混合区域（Blending region），该区域内分子粘性与湍流都起着相当的作用。

近壁区域划分见图4－1。

图4－1，边界层结构第一节，壁面函数与近壁模型近壁处理方法有两类：第一类是不求解层流底层和混合区，采用半经验公式（壁面函数）来求解层流底层与完全湍流之间的区域。

采用壁面函数的方法可以避免改进模型就可以直接模拟壁面存在对湍流的影响。

第二类是改进湍流模型，粘性影响的近壁区域，包括层流底层都可以求解。

对于多数高雷诺数流动问题，采用壁面函数的方法可以节约计算资源。

这是因为在近壁区域，求解的变量变化梯度较大，改进模型的方法计算量比较大。

由于可以减少计算量并具有一定的精度，壁面函数得到了比较多的应用。

对于许多的工程实际流动问题，采用壁面函数处理近壁区域是很好的选择。

如果我们研究的问题是低雷诺数的流动问题，那么采用壁面函数方法处理近壁区域就不合适了，而且壁面函数处理的前提假设条件也不满足。

这就需要一个合适的模型，可以一直求解到壁面。

FLUENT提供了壁面函数和近壁模型两种方法，以便供用户根据自己的计算问题选择。

4.1.1壁面函数FLUENT 提供的壁面函数包括:1，标准壁面函数；2，非平衡壁面函数两类。

标准壁面函数是采用Launder and Spalding [L93]的近壁处理方法。

该方法在很多工程实际流动中有较好的模拟效果。

4.1.1.1 标准壁面函数根据平均速度壁面法则，有：**1ln()U Ey k = 4－1其中，1/41/2*/p pw U C k U μτρ≡，1/41/2*p pC k y y μρμ≡，并且k ＝0.42，是V on Karman 常数；E ＝9.81，是实验常数；p U 是P 点的流体平均速度；p k 是P 点的湍动能；p y 是P 点到壁面的距离；μ是流体的动力粘性系数。

「胡言」壁面函数与近壁面处理Fluent提供了众多的近壁面处理方法，这里简单扒一扒。

1y 的基本概念在临近壁面位置，法向速度非常大的梯度。

在非常小的壁面法向距离内，速度从相对较大的值下降到与壁面速度相同。

因此对于该区域内流场的计算，通常采用两种方式：（1）利用壁面函数法；（2）加密网格，利用壁面模型法。

对于这两类方法的选取，可以通过对于这两类方法的选取，可以通过y 来体现。

如图所示为近壁面位置无量纲速度分布情况。

图中横坐标所表示为无量纲壁面距离y ，纵坐标为无量纲速度u 。

其中：从图中看出，近壁面区域可分为3个区间：•粘性子层（Viscous sublayer region）：黏性子层是一个紧贴壁面的极薄层，在该区域中，粘性力在动量、质量、能量交换过程中起主导地位，湍流剪切应力在该区域可以忽略不计。

该区域中的流动可看成层流流动，在平行于壁面方向上的速度分量沿壁面法向方向呈线性分布。

在该区域中，y <5。

•对数律层（log law region）：对数律层位于近壁区域的最外层，在该区域中，湍流剪切应力占主导地位，粘性力几乎可以忽略，流动为充分发展湍流状态，流速近似成对数分布。

该区域中，y >60。

•过渡层（Buffer layer region）：过渡层位于粘性子层与对数律层之间，该区域中粘性力与湍流剪切应力相当，流动状态极其复杂，难以用模型进行表达。

由于过渡层非常薄，工程中常将其合并到对数律层进行处理。

过渡层中y 在5~60之间。

对于近壁区域求解，主要集中在粘性子层的求解上，主要有两种方式：1、利用壁面模型直接求解粘性子层若想要求解粘性子层，则需要保证y 值小于1（建议接近1）。

由于y 直接影响第一层网格节点位置，因此对于求解粘性子层的情况，需要非常细密的网格，通常要求有10~20层边界层网格。

2、利用壁面函数近似处理。

对于湍流模型，需要选择低雷诺数湍流模型（如k-omega模型）。

近壁面函数的简单理解一个成功的湍流计算离不开好的网格。

在许多的湍流中，空间的有效粘性系数不同，是平均动量和其它标量输运的主要决定因素。

因此，如果需要有足够的精度，这就需要保证湍流量要比较精确求解。

由于湍流与平均流动有较强的相互作用，因此求解湍流问题比求解层流时候更依赖网格。

对于近壁网格而言，不同的近壁处理对网格要求也不同。

下面对常见的几种近壁处理的网格要求做个说明。

采用壁面函数时候的近壁网格：第一网格到壁面距离要在对数区内。

对数区的y+ >30～60。

FLUENT在y+ <12.225时候采用层流（线性）准则，因此网格不必要太密，因为壁面函数在粘性底层更本不起作用。

对数区与完全湍流的交界点随压力梯度和雷诺数变化。

如果雷诺数增加，该点远离壁面。

但在边界层里，必须有几个网格点。

壁面函数处理时网格划分采用双层模型时近壁网格要求当采用双层模型时，网格衡量参数是y+ ，并非y* 。

最理想的网格划分是需要第一网格在y+ ＝1位置。

如果稍微大点，比如＝4～5，只要位于粘性底层内，都是可以接收的。

理想的网格划分需要在粘性影响的区域内（Rey<200 ）至少有十个网格，以便可以计算粘性区域内的平均速度和湍流量。

采用双层区模型时网格划分采用Spalart-Allmaras 模型时的近壁网格要求该模型属于低雷诺数模型。

这就要求网格能满足求解粘性影响区域内的流动，引入了阻尼函数，用以削弱粘性底层的湍流粘性影响。

因此，理想的近壁网格要求和采用双层模型时候的网格要求一致。

采用大涡模拟的近壁网格要求对于大涡模拟，壁面条件采用了壁面法则，因此对近壁网格划分没有太多限制。

但是，如果要得到比较好的结果，最好网格要细，最近网格距离壁面在y+＝1的量级上。

for Hexa mesh, ==>Y+是第一层高度一半和viscous length scale 的比值for Tetra mesh==>Y+是第一层高度1/3和viscous length scale 的比值y+就是Yplus，它跟你在湍流模型里采用的近壁面函数选取有关，若Yplus为个位数，选增强型壁面函数，若在两位数以上，选标准或非平衡的壁面函数。

FLUENT 软件操作界面中英文对照File 文件Read 读取文件：scheme 方案journal 日志 profile 外形 Write 保存文件 Import :进入另一个运算程序 Interpolate :窜改，插入Hardcopy :复制，Batch opti ons —组选项Save layout 保存设计 Grid 网格| F 屆 Grid Define Solve i-Read► Write►Import ► Export-, Interpolate —Hardcopy...Batch Options.^Save LayoutRun...RSF...ExitDefine Models模型：solver解算器Pressure based 基于压力Den sity based基于密度末解用丁 pressure based,雀改用Censity based 岀观不苻合秦相36的摄不，请甸pres 羊WE base d Al density based 慎仆则迢.41刊卜 IS 况？北外.血OC ・EHU ^ cotipled ＞（/^ ptiaw ccupl ed simple 可这孔 & pimple ijEpiso 逞划.--■轟=Sortg 冲-丸布时制* ^jfe-5-6 1844DOden ba&ed 亘工F 吋.压聲血ptessurt ba$«i 适可于那可乐册斤"dens Ply based 把丸“河悴掏t ：至殳嗟之一.刑牛可爪門d 的创R 监當歎1一，般如人锻暮叫人丄有用 轴怀，火薩墟迭牛才H5）-0 程：yje8D8-丸布门 1叫；20GS-3-7 10-2ODQ歆；I ：谢PrflSsdrfl-Bawd Soker ^Fluflnt 它星英于压力快的束解孤便丹的圮压力修止畀法"求释旳控制片悝足标联式的，擅K 家鮮不町压縮舐Mb 对于町压砂也可旦索麟；Fk«nl 6-3 tl 前的I 板』冷孵臥 B fjS4^r«^at«d &Olvar fli Cfruptod Solvtr,的实也fltje Pr#4iurft-ea5<KJ ScFvAi 约两种虽幵方ib应理拈Fluent 氐J 眇坝犢型小的.它拈垒于曲喪红旳求聲塞，最辑的出H .也桿 艮先■那式的.丰誓■載密式冇Roz AU$hk>谏方法的初和&让Fhwrt 耳有比我甘的求IT 可压胃（说 劫謹力，們耳帕榕式淮冇琴加IF 科限闾辉，倒比还丰A 完荐匚Coupted 的算送t 对子慨站何Hh 地们足便用円匕口讷油皿购 加£未处為 性上世魅端计棒低逢刈趾.擁说的DansJty-Bjiwd Solver F ft St SiMPLEC, P 怡DE 些选以的.闪为進些ffliQl ；力修止鼻袪・不金在这种类崖的我押■中氏现泊I 建址祢匹足整用Fw»ur 护P.sed Solver 堺决昧的利底*implicit 隐式， explicit 显示Space 空间：2D , axisymmetric （转动轴）， axisymmetric swirl （漩涡转动轴）；Time 时间 :steady 定常，unsteady 非定常 Velocity formulatio n 制定速度： absolute 绝对的；relative 相对的Gradient option 梯度选择：以单元作基础；以节点作基础；以单元作梯度的最小正方形。

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注意两个命令均为不可逆操作，在进行操作时注意保存case) Zone 区域： append case file 添加case文档Replace 取代；delete 删除；deactivate使复位；Surface mesh 表面网孔Reordr 追加，添加：Domain 范围；zones区域；Print bandwidth 打印Scale 单位变换Translate 转化Rotate 旋转 smooth/swap 光滑/交换Define Models 模型： solver 解算器Pressure based 基于压力 density based 基于密度implicit 隐式， explicit 显示Space 空间：2D，axisymmetric（转动轴），axisymmetric swirl （漩涡转动轴）；Time时间：steady 定常，unsteady 非定常Velocity formulation 制定速度：absolute绝对的； relative 相对的Gradient option 梯度选择：以单元作基础；以节点作基础；以单元作梯度的最小正方形。

FLUENT常用的湍流模型及壁面函数处理本文内容摘自《精通CFD工程仿真与案例实战》。

实际上也是帮助文档的翻译，英文好的可直接参阅帮助文档。

FLUENT中的湍流模型很多，有单方程模型，双方程模型，雷诺应力模型，转捩模型等等。

这里只针对最常用的模型。

1、湍流模型描述2、湍流模型的选择有两种方法处理近壁面区域。

一种方法，不求解粘性影响内部区域（粘性子层及过渡层），使用一种称之为“wall function”的半经验方法去计算壁面与充分发展湍流区域之间的粘性影响区域。

采用壁面函数法，省去了为壁面的存在而修改湍流模型。

另一种方法，修改湍流模型以使其能够求解近壁粘性影响区域，包括粘性子层。

此处使用的方法即近壁模型。

（近壁模型不需要使用壁面函数，如一些低雷诺数模型，K-W湍流模型是一种典型的近壁湍流模型）。

所有壁面函数（除scalable壁面函数外）的最主要缺点在于：沿壁面法向细化网格时，会导致使数值结果恶化。

当y+小于15时，将会在壁面剪切力及热传递方面逐渐导致产生无界错误。

然而这是若干年前的工业标准，如今ANSYS FLUENT采取了措施提供了更高级的壁面格式，以允许网格细化而不产生结果恶化。

这些y+无关的格式是默认的基于w方程的湍流模型。

对于基于epsilon方程的模型，增强壁面函数（EWT）提供了相同的功能。

这一选项同样是SA模型所默认的，该选项允许用户使其模型与近壁面y+求解无关。

（实际上是这样的：K-W方程是低雷诺数模型，采用网格求解的方式计算近壁面粘性区域，所以加密网格降低y+值不会导致结果恶化。

k-e方程是高雷诺数模型，其要求第一层网格位于湍流充分发展区域，而此时若加密网格导致第一层网格处于粘性子层内，则会造成计算结果恶化。

这时候可以使用增强壁面函数以避免这类问题。

SA模型默认使用增强壁面函数）。

只有当所有的边界层求解都达到要求了才可能获得高质量的壁面边界层数值计算结果。

这一要求比单纯的几个Y+值达到要求更重要。

GridRead 读取文件：scheme 方案 journal 日志 profile 外形 Write 保存文件Import ：进入另一个运算程序 Interpolate ：窜改，插入 Hardcopy ： 复制， Batch options 一组选项 Save layout 保存设计Check 检查Info 报告：size 尺寸 ；memory usage 内存使用情况；zones 区域 ；partitions 划分存储区 Polyhedral 多面体：Convert domain 变换范围 Convert skewed cells 变换倾斜的单元 Merge 合并 Separate 分割Fuse (Merge 的意思是将具有相同条件的边界合并成一个;Fuse 将两个网格完全贴合的边界融合成内部(interior)来处理，比如叶轮机中，计算多个叶片时，只需生成一个叶片通道网格，其他通过复制后，将重合的周期边界Fuse 掉就行了。

注意两个命令均为不可逆操作，在进行操作时注意保存case)Zone 区域： append case file 添加case 文档 Replace 取代；delete 删除；deactivate 使复位；Surface mesh 表面网孔Reordr 追加，添加：Domain 范围；zones 区域； Print bandwidth 打印 Scale 单位变换 Translate 转化Rotate 旋转 smooth/swap 光滑/交换Models 模型：solver 解算器Pressure based 基于压力density based 基于密度implicit 隐式，explicit 显示Space 空间：2D，axisymmetric（转动轴），axisymmetric swirl （漩涡转动轴）；Time时间：steady 定常，unsteady 非定常Velocity formulation 制定速度：absolute绝对的；relative 相对的Gradient option 梯度选择：以单元作基础；以节点作基础；以单元作梯度的最小正方形。

fluent中升力的计算摘要：1.引言2.升力的概念与计算公式3.Fluent 中升力的计算方法4.影响升力计算的因素5.总结正文：升力是流体力学中一个重要的概念，尤其在飞行器设计中，对升力的精确计算有着至关重要的意义。

在Fluent 这款流体仿真软件中，升力的计算也是一个重要的环节。

本文将详细介绍Fluent 中升力的计算方法及影响升力计算的因素。

首先，我们需要了解升力的概念和计算公式。

升力是指流体对物体垂直于流速方向的力，通常用L 表示。

其计算公式为：L = 1/2 * ρ * V^2 * S * Cd，其中ρ为流体密度，V 为流速，S 为物体的迎风面积，Cd 为阻力系数。

在Fluent 中，升力的计算方法遵循上述公式，但需要注意的是，Fluent 中的升力计算是在壁面上的，因此需要设置壁面类型为“walls”，并指定相应的升力系数。

此外，在Fluent 中计算升力时，还需要考虑湍流模型、壁面函数和网格划分等因素。

影响升力计算的因素主要有以下几点：1.湍流模型：Fluent 中有多种湍流模型可供选择，如k-ε模型、k-ω模型等。

不同的湍流模型对升力的计算结果有一定的影响。

因此，在计算升力时，需要根据实际问题选择合适的湍流模型。

2.壁面函数：在Fluent 中，壁面函数用于描述流体与壁面的相互作用。

选择合适的壁面函数对升力的计算结果至关重要。

通常情况下，采用壁面函数可以提高升力计算的准确性。

3.网格划分：网格划分的质量和数量直接影响Fluent 计算结果的准确性。

因此，在进行升力计算时，需要确保网格划分的质量和数量满足要求。

综上所述，Fluent 中升力的计算方法遵循升力公式，但在实际操作过程中，还需要考虑湍流模型、壁面函数和网格划分等因素。

一、关于fluent计算时壁面函数法和网格的关系，还有一个小问题1:各位用fluent的同仁和高手们，我想要比较好的使用fluent软件，最重要的就是要学好理论，在这里我想请教各位一个问题，在使用标准k-eplison和一些其他的封闭模型时，对于近壁区的流动要使用壁面函数法求解。

那么在划分网格时，是不是一定要把把第一个内节点布置在湍流充分发展的区域内呢？我们如果自动生成网格时，如果说第一个节点在壁面的粘性底层内，是不是对计算有一定的影响呢？还有一个问题就是在gambit中设置的wall 壁面，怎么到fluent设置为内部表面interior，好像在边界条件设置时没有这个边界呀。

2: 为什么要用壁面函数？？就是因为，k-epsilon模型中，k的boundary condition已知，在壁面上为零，而epsilon的boundary condition 在壁面上为一未知的非零量，如此如何来解两方程模型？？？所以，我们就需要壁面函数来确定至少第一内节点上的值，当然也包括壁面上的值。

实际上就是把epsilon方程的boundary condition放到了流体内部。

至于壁面函数的应用范围，要看它是如何获得的，简单说，他们都是由于，靠近壁面，雷诺应力在粘性底层内基本消失，所以，navier-stokes变为可解，而求得。

所以，凡是应用壁面函数求得的节点，都应设置在粘性底层(y+=5-8)或者至少为线性底层(y+>30?具体数值忘记了)，当然你放得越低，精度越高，但是网格越小。

我在matlab内自己写的code,在y+=5-8内放10层，fluent应该可以更高。

放在fully developed region是完全错误的。

4: 二楼的兄弟，谢谢！我的意思是壁面函数法和k-epsilon混合使用，是不是它只计算壁面到第一个节点线之间的区域？如果是这样的话，划分网格是不是要计算这个距离呢？Y+这个值是我们控制，还是fluent在求解时自动计算呢？y+的临界值好像是11.63，不过这个值不是绝对的。

FLUENT中壁面函数yplus在数值模拟中，如何有效处理固体壁面附近的流场一直是一个比较棘手的问题。

一个稍复杂一点算例，简单更换一下壁面处理方法对计算结果都有较显著的影响，在缺少实验数据验证和流场涉及多种流动形态时，如何选择行之有效和经济合理的算法是一个艰难的考验，一般需要仔细考察流场与算法机理之间的契合度。

边界层分为层流边界层和湍流边界层，层流边界层为最靠近壁面或者层流流动时的边界层，对于一般湍流流动，两种边界层都有。

按参数分布规律划分时，边界层分为内区和外区，内区分为：粘性底层，Laminarublayer(y+<5，Amano的三层模型)，粘性起主导作用，在粘性支层中与壁面平行的速度与离开壁面的距离成线性关系（陶文铨，《数值传热学》）；过渡层，Bufferregion(5对数律层，Log-lawregion（30外区：惯性力主导，上限取决于雷诺数图1边界层结构（引自中科大Fluent讲稿）A.壁面函数法。

不求解粘性影响内部区域（粘性子层及过渡层），使用一种称之为“wallfunction”的半经验方法去计算壁面与充分发展湍流区域之间的粘性影响区域。

采用壁面函数法，省去了为壁面的存在而修改湍流模型。

Fluent中的tandardwallfunction，calablewallfunction,Non-Equilibriumwallfunction和Enhancedwalltreatment都属于壁面函数法的模型。

B.近壁模型法。

修改湍流模型以使其能够求解近壁粘性影响区域，包括粘性底层。

此处使用的方法即近壁模型。

（近壁模型不需要使用壁面函数，如一些低雷诺数模型，K-W湍流模型是一种典型的近壁湍流模型）。

所有壁面函数（除calable壁面函数外）的最主要缺点在于：沿壁面法向细化网格时，会导致数值结果恶化。

当y+小于15时，将会在壁面剪切力及热传递方面逐渐导致产生无界错误。

然而这是若干年前的工业标准，如今ANSYSFLUENT采取了措施提供了更高级的壁面格式，以允许网格细化而不产生结果恶化。