如1.2.5节提到,流体流动时在固体与流体交界面存在边界层,由于Flow Simulation采用直角坐标网格,并没有刻意构造或划分边界层网格,那么在计算过程中如何考虑边界层内流体物理量的变化?Flow Simulation采用了修正壁面函数的方法,也可以称为 两尺度壁面函数 (2SWF)的方法。这种壁面函数方法用来描述近壁面的层流或湍流流动。当近壁面的网格尺寸大于边界层厚度时,这种壁面函数方法就会被使用。它会提供精准的速度和温度边界层参数。
两尺度壁面函数(2SWF)包括将边界层计算与主要流动属性相结合的两种方法。
1)“厚边界层”方法用于描述细网格上的边界层(边界层上的网格数等于或者大于6)。在这种方法中,层流边界层的参数通过纳维-斯托克斯方程(N-S方程)计算,而湍流边界层的参数通过修正壁面函数的方法计算。不过,在Flow Simulation技术中,使用的不是对数速度廓线分布的传统CFD方法,而是采用Van Driest提出的整体廓线分布方法。所有其他假设都与经典壁面函数法类似。
2)“薄边界层”方法用于描述粗网格上的流动(通道上的网格数等于或者小于4),如穿过窄通道的流动(包括导管中的流动、平面流和环形Couette流)。在此方法中,将沿覆盖壁面的流体流线求解沿壁面法向从0(在壁面上)到动态边界层厚度 δ 的积分形式的普朗特边界层方程。如果边界层为层流,则将基于Shvetz试探函数技术使用逐渐逼近方法对这些方程进行求解。如果边界层为湍流或层流与湍流之间的过渡流,则会将此方法广义化用于此类边界层,同时对湍流边界层中的混合长度采用Van Driest假设。
对于介于两者之间的情况,可以修改上述两种方法,确保在细化网格时或边界层沿表面变厚时两种模型之间可以平滑过渡。在默认情况下,将根据计算网格自动选择合适的边界层方法。在大多数情况下,这些方法对于粗网格具有较好的精度。