ANSYS FLUENT中的壁面函數與近壁面模型

有兩種方法處理近壁面區域。一種方法，不求解粘性影響內部區域（粘性子層及過渡層），使用一種稱之為「wall function」的半經驗方法去計算壁面與充分發展湍流區域之間的粘性影響區域。採用壁面函數法，省去了為壁面的存在而修改湍流模型。

另一種方法，修改湍流模型以使其能夠求解近壁粘性影響區域，包括粘性子層。此處使用的方法即近壁模型。（近壁模型不需要使用壁面函數，如一些低雷諾數模型，K-W湍流模型是一種典型的近壁湍流模型）

所有壁面函數（除scalable壁面函數外）的最主要缺點在於：沿壁面法向細化網格時，會導致使數值結果惡化。當y+小於15時，將會在壁面剪切力及熱傳遞方面逐漸導致產生無界錯誤。然而這是若干年前的工業標準，如今ANSYS FLUENT採取了措施提供了更高級的壁面格式，以允許網格細化而不產生結果惡化。這些y+無關的格式是默認的基於w方程的湍流模型。對於基於epsilon方程的模型，增強壁面函數（EWT）提供了相同的功能。這一選項同樣是SA模型所默認的，該選項允許用戶使其模型與近壁面y+求解無關。（實際上是這樣的：K-W方程是低雷諾數模型，採用網格求解的方式計算近壁面粘性區域，所以加密網格降低y+值不會導致結果惡化。k-e方程是高雷諾數模型，其要求第一層網格位於湍流充分發展區域，而此時若加密網格導致第一層網格處於粘性子層內，則會造成計算結果惡化。這時候可以使用增強壁面函數以避免這類問題。SA模型默認使用增強壁面函數）。

只有當所有的邊界層求解都達到要求了才可能獲得高質量的壁面邊界層數值計算結果。這一要求比單純的幾個Y+值達到要求更重要。覆蓋邊界層的最小網格數量在10層左右，最好能達到20層。還有一點需要注意的是，提高邊界層求解常常可以取得穩健的數值計算結果，因為只需要細化壁面法向方向網格。與增加精度向伴隨的是計算開銷的增加。對於非結構網格，建議劃分10~20層稜柱層網格以提高壁面邊界層的預測精度。稜柱層厚度應當被設計為保證有15層或更多網格節點。這可以在獲得計算結果後，通過查看邊界層中心的最大湍流粘度，該值提供了邊界層的厚度（最大值的兩倍位置即邊界層的邊）。稜柱層大於邊界層厚度是必要的，否則稜柱層會限制邊界層的增長。