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近壁区域流体变量具有较大的梯度，因此对近壁区域的精细模拟基本上可以决定壁面流（wall-bounded flow）的结果是否成功。 大部分高雷诺数湍流模型，如kepsilon湍流模型、雷诺应力模型、LES模型，仅仅适用于离开壁面一定距离的湍流区域。在高雷诺数区域，层流粘度相对于湍流粘度可以忽略不计。然而在壁面区域附近，比如粘性之层中，雷诺数很低。因此在这一部分区域需要考虑层流粘度的影响。 Spalart-Allmaras和komega湍流模型在壁面网格足够细化的情况下，可以适用于全雷诺数范围的流动。对于kEpsilon模型，其中适用于粘性支层的kepsilon模型称之为低Re-kepsilon模型。低雷诺数kepsilon湍流模型需要在粘性支层以及缓冲层内布置20个左右网格节点。三维情况下，低雷诺数kepsilon湍流模型需要耗费大量的计算资源在近壁区。 如果采用传统的高Re数ke模型来计算，对于壁面附近区域，需要采用壁面函数法。 壁面函数的精髓在于，在那些流体变量梯度较大的近壁区域，不需要进行求解。然而，壁面函数不适用于求解区域各处的雷诺数均较低的情况。 在使用壁面函数的时候，壁面的第一层网格需要布置在湍流边界层内，同时需要布置在足够旺盛的湍流区内。例如log区是很好的选择。如下图所示。 上图中，我们的网格节点Up便布置在log区。这样便节省了粘性支层过密网格带来的资源消耗。同时，我们还需要确保网格节点不能布置的太远。 那么在CFD计算前，如何能粗略的获取第一层网格高度的值呢？ 1. 首先我们需要管壁的摩擦因数，其大体可以这样计算：
2. 在获取Cf之后，计算壁面剪切力τ_w=0.5 Cf ρ U^2 3. 计算摩擦速度u_τ= (τ_w/ρ)^0.5 4. 第一层网格高度为h=(y+ μ)/(ρ u_τ) 上面只是简单几何的情况下，第一层网格高度的计算公式。在实际计算中，往往需要对CFD结果进行网格特征加密才能获得合适的网格高度。 |
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