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Hallo Zusammen,

ich hätte mal eine Frage bezüglich des Netzes im wandnahen Bereich.

Da im Zuge verschiedener Simulationen mir gerade im wandnahen Bereich, vor allem die Werte für k und epsilon (Verwendung des Standart kepsilon Modell) "weglaufen" (bounding Problem) und es zum Abbruch kommt. Nun habe ich in verschiedenen Einträge hier gelesen, man sollte was an den relaxFaktoren ändern oder auch ein anderes Modell verwenden, was ich auch tun möchte.

Nun habe ich mich aufgrund der Probleme im Bereich der Wand näher mit yplus beschäftigt und auch einiges (auch hier im Forum) darüber gefunden. Nun stellten sich mir aber ein paar Fargen dazu.

Es wurde bspw. gesagt man könnte y+ einstellen bzw. verändern. Ich hatte das so verstanden das sich für eine bestimmte geometrie bei bestimmten Strömungseigenschaften ein ganz bestimmtes y+ einstellt und dies bei beibehaltung der Eigenschaften auch nicht verändert werden kann. (Berechnung von yplus nach: http://www.cfd-online.com/Tools/yplus.php). Kann mir jeamnd hierzu vielleicht ein paar Infos geben?

Eine andere Frage wäre nun wenn ich meine Simulationscase hab und mir y+ plus berechnen lasse, wie groß/grob muss das Gitter innerhalb der viskosen Unterschicht (0 < y+ < 5, oder?) sein und wie groß müssen die Zellen im Wndnahen Bereich sein (5 < y+ < 300, oder?) sein. 

Gruß

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Hi,

eine alt bekannte Frage.

Dein Problem mit dem Bounding "muss" nicht unbedingt was mit deiner Wandschicht zu tun haben. Meistens sind es einzelne Zellen, die ärger machen oder man hat falsche BC etc.

Für dein Netz:

- y+ ist die Höhe der ersten Zelle; im Ferziger steht - Zellmittelpunkt.

- y+ ist damit eine Funktion von der höhe dieser Zelle und dann noch von der Strömungsgeschwindigkeit. Herleitung ist im Laurient beschrieben.

Allgemein gilt (Werte weichen von Literatur zu Literatur ab)... ich bezieh mich auf den Ferziger:

y+ ~ 12,4 Umschlagpunkt vom Log.Gesetz

Heißt wenn die erste Zellhöhe bei einem bestimmten Problem so gewählt ist das man ein y+> 12,4 erhält, dann kann man die erste Zelle mit dem log.Gesetz abbilden. Entsprechend dann die Wandfunktionen verwenden (k, eps, omega).

Ist man drunter löst man die Grenzschicht schon teilweise mit auf und wenn dort nun auch Wandfunktionen gesetzt werden, verfälscht das natürlich das Ergebnis.

Hier sollte dann keine Wandfunktion verwendet werden. Allgemein sollte man sich aber dann im Bereich y+ cira 1 bewegen.

Die Problematik ist vor allem dann sehr wichtig, wenn es um Wärmetransport durch die Grenzschicht geht.

Hoff das hilft dir vorab.

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Grüße Tobias Holzmann

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Vielen Dank für die Antwort,

bin jedoch ein wenig verwirrt, kann auch sein das ich vor lauter hin und her lesen, ein wenig den Überblick verloren habe.

Bedeutet deine Antwort, dass ich bspw. in dem zuvor gelinkten Rechner meine gewünschten y+ Wert (z.B. 12,8) mit den entsprechenden Strömungswerte eingebe und dann bspw. einen Layer einfüge der den berechneten Wandabstand besitzt (bspw. 3e-e m) und dann entsprechend die Wandfunktionen verwenden kann oder im anderen Fall y+ = 1 einsetze und entsprechend dicke Layer verwende. Welche Randbedingungen verwende ich denn dann?

Und hast du vielleicht Tipps hinsichtlich des bounding - Problems. Wie man bspw. versucht strukturiert das Problem zu beheben? 

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Hi,

y+ = 1 hat ganz feine Wandauflösungen
y+ >> 1 hat "grobe" Wandauflösung

Du kannst dein y+ nur abschätzen. y+ ist im "Prinzip" die Höhe deiner ersten Zelle. Nur nicht in Meter sondern entdimensioniert. Hierbei spielt eben dann noch die Geschwindigkeit oder Re eine Rolle.

In komplexen Bauteilen kann man sowieso niemals den y+ Wert vereinheitlichen.
Das habe ich damals in meiner Studienarbeit bei einer Zylinderumströmung schon nicht hinbekommen "2D".

Sobald sich die Karman-Straße ausbildet, bekommt man stets andere y+ Werte.

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Grüße Tobias Holzmann

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Schönen guten Abend,

Der Beitrag ist ja schon ein wenig älter, aber ich habe dazu noch eine Verständnisfrage. Wenn ich also Werte für y+ habe, die größer als 1 bzw. sehr groß sind (50-1000), dann benötige ich zur Simulation der Strömung in Wandnähe eine Wandfunktion?

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Hi,

prinzipiell für die Berechnung brauchst du keine. Du kannst auch zeroGradient verwenden. Wenn du aber essentielle Einwirkung der Wand hast bspw. Stoff- oder Wärmetransport, dann musst du die Wand natürlich numerisch so approximieren, dass es auch passt. Du hast dann die Möglichkeit, da die viskose Unterschicht sehr klein sein kann, alles mit Zellen aufzufüllen und die Gradienten gut abzubilden oder du setzt nimmst weniger Zellen (kostengünstiger) und verwendest dafür die Wandfunktionen, welche mit dem Log-Gesetz abgebildet werden. Der Schnittpunkt von Log-Gesetz zur Strömung ist ca. bei 12,7 (soweit ich mich noch entsinnen kann). Zudem ist es immer schwer gewisse Grenzen einzuhalten, da y+ mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammenspielt. D.h. bei einer Zylinderumströmung wirst du am Umfang extreme Schwankungen der y+ Größe bekommen.

Ich sollte mir hierzu auch mal Literatur durchlesen, aber dafür bleibt im Moment keine Zeit und auch in absehbarer Zukunft nicht. Die Werte für y+ bei denen Wandfunktionen verwendet werden, sind von Literatur zu Literatur unterschiedlich.

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Vielen Dank für die Antwort.

Betrachte ich nun die Strömung um eine Kraftfahrzeug und verwende das K-Omega SST Modell, ist dann eine Wandmodellierung nötig?
Wenn ja, welches Modell sollte man auswählen?

Ich habe noch ein paar Verstädnis Probleme bzgl des Wandmodells, aber ich versuche es einfach mal:

Wandmodelle zielen darauf die viskose Unterschicht der Grenzschicht aufzulösen, da eine feine Auflösung dieses Bereichs sonst sehr viel Aufwand und Rechenzeit beanspruchen würde. Nehme ich nun für die Modellierung der Turbulenz ein k-Omega SST Modell muss ich Wandfunktionen für k und Omega festlegen um das Verhalten dieser Werte in der Wandnähe zu modellieren. Schleierhaft bleibt mir jedoch, welche Rolle nut spielt. Ich habe mich bei meinen Gedankengegängen am MotorBike Tutorial orientiert. Es gibt somit "nur" unterschiedliche Wandmodelle für die "einzelnen" Varianeln?

nutkWallfunction, omegaWallfunction und kqRWalldunction sind daher Beispiele für jeweils eine Wandfunktion einer Variabel.

Gibt es eine Abschätzung inwieweit sich die Wandfunktion auf die integralen Beiwerte auswirkt ?

[Diese Nachricht wurde von Roeroe19 am 03. Mrz. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Roeroe19 am 04. Mrz. 2015 editiert.]

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Hallo,

wenn Du im y+ Bereich zwischen 50-500 bist, kannst Du die "*StandardWallFunctions" verwenden. Diese sind für diesen Bereich geeignet. Dann bist Du im vollturbulenten Bereich der Grenzschicht und die Wandfunktion überbrückt die viskose Unterschicht und die Übergangszone.
Wenn Du kleiner bist kannst (aber auch große y+-Werte, d.h. teilweise im voll-turbulente Bereich bist) kannst Du die *SpaldingWallFunction* verwenden. Das ist eine kontinuierliche Wandfunktion für den gesamten y+Bereich.
Wenn Du explizit die viskose Unterschicht aufloesen willst, kannst Du eine LowReynoldsWallfunction nehmen (mit einem Turbulenzmodell das lowReynolds unterstützt). Das ist streng genommen keine Wandfunktion, da dann keine Wandfunktion erforderlich ist, aber mit diesem "dummy" können die yplus-Werte berechnet werden, als Kontrolle, ob diese überall unter 1 sind.

Gruß

Ulrich

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Was ist denn mit Werten, die größer als 1000 sind ?

Beste Grüße

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Wenn man von der Wand mit diesen y+-Werten Ergebnisse wie Schubspannungen, Wärmeströme etc. erwartet oder an der Wand etwas passiert, was die Hauptströmung beeinflusst (z.B. Ablösung an gekrümmter Fläche deren Ablösepunkt man bestimmen möchten), wird man um ein Gitterrefinement (z.B. Boundary Layer Meshing) kaum herumkommen um die wandnahen Geschwindigkeitsgradienten zumindest teilweise aufzulösen.
Ist dieser Wandbereich uninteressant für die Strömung und die Daten, die man ermitteln möchte, sind Standardwandfunktionen oder kontinuierliche Wandfunktionen i.d.R. möglich.

Gruß
Ulrich

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