首页/文章/ 详情

NFX|CFD边界层网格(2D)

1月前浏览1127

边界层 Layered Mesh

    所谓边界层,是指流体沿固体表面流动时,固体表面附近很薄的一层区域。在这个区域内,受壁面的无滑移条件和外流的速度条件控制,流体产生了较强的法向速度梯度,粘性力不可忽略。而薄层之外的流场中,因速度梯度较小,粘性力通常可以忽略。边界层的概念由德国人普朗特(Prandtl)提出

    普朗特(Prandtl)边界层理论认为粘性力只影响近壁区域,在此之外的区域(主流区或外流区),粘性力的影响很小。这样使得无法求解的N-S方程转化为可以求解的边界层方程和势流方程。这是普朗特边界层理论的重大意义。

普朗特边界层理论成立的条件需要满足两个条件:边界层必须很薄、雷诺数必须很大

式中:δ是边界层厚度,L是沿流向的长度

只有雷诺数很大,粘性力影响范围才很小,边界层才会很薄

   对于层流问题,边界层的流动非常规则,可以基于普朗特提出的边界层方程求得。然而对于湍流运动,边界层的速度分布非常混乱,几乎找不出规律。这也给湍流的求解带来了很大难度。

   此时前面所述的重要研究方法–湍流时间平均再次派上用场。

   很显然湍流是典型的非定常运动,但如果把湍流边界层内各点的速度在足够长的时间内进行平均,就会发现平均后的流场是非常有规律的,按照这种平均速度所定义的湍流边界层与层流边界层有相似的规律。

研究者们再次将速度和边界层距离进行无量纲化,得到了如图所示的湍流边界层分布规律。

图表示的是近壁面位置的无量纲速度分布情况
CFD|常用的无量纲数

横坐标表示无量纲壁面距离:

纵坐标表示无量纲壁面速度:

其中,

CFD|无因次距离壁面y+

在y+<5的区域,速度呈现非线性形式,该区域称为粘性子层;

在y+>60的区域,速度与距离几乎呈线性趋势,该部分区域为完全发展湍流,也称为对数律区域;

两部分之间的区域,常称之为过渡子层。

对于近壁面区域的求解,主要集中在粘性子层的求解,主要有两种方式:

1.直接求解粘性子层

求解粘性子层,需要保证第一层节点的y+值小于5,因此需要非常精细的网格。对于湍流模型,通常选择低雷诺数模型(如k-ω模型)。通常来说,若壁面对于仿真结果非常重要(如气动阻力计算、旋转机械叶片性能等),需采用此方法。

2.利用壁面函数

壁面函数要求第一层节点满足30<y+<300,当y+值过小时,壁面函数不可用,当y+值过大时,无法求解粘性子层。通常使用高雷诺数模型(如k-ε模型)。一般来说粘性子层不是特别重要时,选用壁面函数进行求解。

在NFX CFD中,通过Reichardt壁面扩展函数求解边界层分布规律:


   壁函数选项通常用于模拟非常靠近壁的黏性子层区域Viscous sublayer region的速度变化。即使使用壁函数,也需要一个能够准确表示边界层特征的单元网格来更好地模拟速度随离壁距离的变化。通过使用边界层网格功能,可以在物理变量梯度较大的区域中轻松生成密集的多层单元网格

边界层控制层数支持2种方式,第一层高度,每层总高度

提供指定边界层区域,只局部区域做边界层网格划分

程序自动关联几何体和网格之间的关系


欢迎免费试用
软件下载:
https://product.midasit.cn/index/download/NFX-list.asp
试用申请:
https://product.midasit.cn/public/trial.asp?code=NNF

软件答疑:

https://product.midasit.cn/qna/qna_list.asp

Q:软件下载和试用申请是有什么关系

A:软件下载是提供软件安装包程序的下载,下载后需要进行授权认证方能正常使用,认证的方式有云端线上认证线下许可证认证方式,结合现场应用环境,进行试用授权码申请,申请后输入软件认证界面下,方可进行使用,认证码可对时间和功能进行授权,如果是已购买用户,输入提供贵司的授权码即可,无需试用申请。


来源:midas机械事业部
非线性旋转机械湍流NFXMIDAS理论材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-14
最近编辑:1月前
MIDAS官方
幸福、贡献、分享-用技术创造幸福
获赞 126粉丝 348文章 488课程 11
点赞
收藏
作者推荐

CFD|数值风洞模拟策略及与Gen联动

*更详细内容,请报名参加27日的分享会关于midas Gen midas Gen 是集通用有限元结构分析与设计验算于一体的新时代软件系统。它支持常规民用及复杂结构的一般与高端分析,也涵盖地下综合管廊、特种结构、体育场馆、工业厂房等的特殊分析,融入多国设计规范,能对各类构件进行设计和验算。除常见的静力、动力分析外,还能进行施工阶段分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、隔震和消能减震分析、屈曲分析、几何与材料非线性分析、钢与混凝土结构整体分析,以及钢结构、铝合金结构、冷弯薄壁型钢的优化设计等。是专门为结构工程师开发的软件。程序添加了 API 接口,采用 JSON 格式通用语言。JSON 格式便于交互,用户能通过它向 midas Gen 传输信息,还能直接编辑 JSON 文件,软件能导入已编辑的文件。其他 3D 建模软件也能借 JSON 文件向 midas Gen 传输数据以进行建模和分析。来源:midas机械事业部

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈