壁面对湍流有明显影响。在很靠近壁面的地方，粘性阻尼减少了切向速度脉动，壁面也阻止了法向的速度脉动。离开壁面稍微远点的地方，由于平均速度梯度的增加，湍动能产生迅速变大，因而湍流增强。因此近壁的处理明显影响数值模拟的结果，因为壁面是涡量和湍流的主要来源。 实验研究表明，近壁区域可以分为三层，最近壁面的地方被称为粘性底层，流动是层流状态，分子粘性对于动量、热量和质量输运起到决定作用。外区域成为完全湍流层，湍流起决定作用。在完全湍流与层流底层之间底区域为混合区域（Blending region），该区域内分子粘性与湍流都起着相当的作用。近壁区域划分见图4－1。 图4－1，边界层结构
近壁处理方法有两类：第一类是不求解层流底层和混合区，采用半经验公式（壁面函数）来求解层流底层与完全湍流之间的区域。采用壁面函数的方法可以避免改进模型就可以直接模拟壁面存在对湍流的影响。第二类是改进湍流模型，粘性影响的近壁区域，包括层流底层都可以求解。
对于多数高雷诺数流动问题，采用壁面函数的方法可以节约计算资源。这是因为在近壁区域，求解的变量变化梯度较大，改进模型的方法计算量比较大。由于可以减少计算量并具有一定的精度，壁面函数得到了比较多的应用。对于许多的工程实际流动问题，采用壁面函数处理近壁区域是很好的选择。
如果我们研究的问题是低雷诺数的流动问题，那么采用壁面函数方法处理近壁区域就不合适了，而且壁面函数处理的前提假设条件也不满足。这就需要一个合适的模型，可以一直求解到壁面。FLUENT提供了壁面函数和近壁模型两种方法，以便供用户根据自己的计算问题选择。
4.1.1壁面函数
FLUENT提供的壁面函数包括:1，标准壁面函数；2，非平衡壁面函数两类。标准壁面函数是采用Launder and Spalding [L93]的近壁处理方法。该方法在很多工程实际流动中有较好的模拟效果。
4.1.1.1 标准壁面函数
根据平均速度壁面法则，有：
4－1
其中，，，并且
k＝0.42，是Von Karman常数；E＝9.81，是实验常数；是P点的流体平均速度；是P点的湍动能；是P点到壁面的距离；是流体的动力粘性系数。
通常，在区域，平均速度满足对数率分布。在FLUENT程序中，这一条件改变为。
当网格出来的区域时候，FLUENT中采用层流应力应变关系，即：。这里需要指出的是FLUENT中采用针对平均速度和温度的壁面法则中，采用了，而不是（）。对于平衡湍流边界层流动问题，这两个量几乎相等。
根据雷诺相似，我们可以根据平均速度的对数分布，同样给出平均温度的类似分布。FLUENT提供的平均温度壁面法则有两种：1，导热占据主要地位的热导子层的线性率分布；2，湍流影响超过导热影响的湍流区域的对数分布。
温度边界层中的热导子层厚度与动量边界层中的层流底层厚度通常都不相同，并且随流体介质种类变化而变化。例如，高普朗特数流体（油）的热导子层厚度比其粘性底层厚度小很多；对于低普朗特数的流体（液态金属）相反，热导子层厚度比粘性底层厚度大很多。
4－2
＝ 4－3
债权人权益
其中P的计算采用下列公式[L93]
4－4
其中，是流体导热系数；是流体密度；是流体定压比热；壁面热流；近邻壁面控制体温度；壁面温度；为分子普朗特数；是湍流普朗特数，壁面取0.85；A＝26，是Van Dries常数；k＝0.42，是Von Karman常数；E＝9.793，是壁面函数常数；是时的平均速度大小。
Fluent中，当选择了流体介质后，就可以根据流体介质的物理性质，计算出分子普朗特数，热导子区厚度，存储备用。在求解的时候，根据与已经存储的之间大小关系，判断是采用线性法则还是对数法则来计算壁面温度或热流率。
股剩是怎样炼成的在采用雷诺应力模型或双方程模型时，包括壁面近邻的控制体的湍动能都要计算，其边界条件为湍动能在壁面法向方向上梯度为零。
彝药湍动能产生项及耗散率是湍动能输运方程的源项组成部分，根据局部平衡假设来计算。根据这一假设，与壁面毗邻的控制体种湍动能及其耗散率是相同的。则湍动能产生率为：
4－5
耗散率不需要求解输运方程，直接用如下公式计算：
4－6
以上所介绍的标准壁面函数是FLUENT程序的默认设置。标准壁面函数包含了定常剪切和局部平衡假设条件，如果壁面有很强的压力梯度，并且很强的非平衡性，则我们可以选择非平衡壁面函数方法。
4.1.1.2 非平衡壁面函数
中央日报
在非平衡壁面函数方法中，平均温度的壁面法则与标准壁面函数中相同。而对数分布的平均速度对压力梯度更加敏感：
4－7国家船舶舱容积计量站
式中， 4－8
是物理粘性底层厚度，用下式计算：
4－9
其中，。
非平衡壁面函数在计算近壁控制体湍动能时采用了双层的概念，并且需要求解湍动能k。假定与壁面毗邻的控制体积是由粘性底层和完全湍流构成，则湍流量由如下公式得到：
4－10
式中， ，是有量纲的粘性底层厚度， 。
利用上面的公式，近壁控制体里面的控制体平均湍动能产生率及其耗散率就可以计算出来。这里我们可以看出，非平衡壁面函数抛弃了标准壁面函数中的局部平衡假设，从而可以考虑非平衡的影响。
标准壁面函数对于高雷诺数流动问题，有壁面作用的流动过程等有较好的计算结果；非平衡壁面函数则把壁面函数方法推广到有压力梯度和非平衡的流动过程中。但是，如果流动情况偏离了壁面函数的理想条件，则壁面函数就不合适了。如：高粘度流体流过狭窄的通道，壁面由渗透的流动，大压力梯度并导致边界层分离的流动，由强体积力的流动，近壁区域三维性很强的流动问题。如果要成功解决上述问题，必须采用改进模型的方法来模拟近壁流动。FLUENT提供了双层区模型（Two-Layer Zonal Model ）。
4.1.1.3双层区模型
在双层区模型中，认为近壁流动只分两个区域，即粘性影响的区域和完全湍流，用基于到壁面距离y的雷诺数来区分两个区域。
4－11
其中，y是计算网格到壁面的垂直距离；FLUENT中，y是到最近壁面的距离:
4－12
式中，是点在流场中的位置矢量；是在边界上的位置矢量；是所有壁面边界的集合；这样，我们可以去处理流场里有复杂边界的问题。而且，这样定义y跟网格的形状没有关系，对非结构网格也同样适合。
在完全湍流区域（），采用雷诺应力模型或者模型；在粘性影响区域（），采用Wolfstein [L181]的单方程模型。动量和湍动能输运方程跟前面介绍的没有区别，但计算湍流粘性系数的方法不同。这里湍流粘性系数计算公式如下：
耗散率计算
4－13
上面的长度尺度根据参考文献[L29]的方法计算：
4－14
4－15
如果所有的计算区域都在粘性影响的区域以内（），耗散率的输运方程并不需要求解，而是用上面的代数方程来就得。上面长度尺度计算过程中的模型常数采用Chen and Pater [L29]的结果。
， ，
表4－1，几种壁面处理方法比较
| 优点 | 缺点 |
标准壁面函数 | 应用比较多，计算量较小， 有较好精度 | 适合高雷诺数流动，对低雷诺数 流动问题，有压力梯度，强体积力 及强三维性问题不适合 |
黑龙江省国土资源厅非平衡壁面函数 | 考虑了压力梯度，可以计算分离， 重附及撞击问题 | 对低雷诺数流动问题， 有较强压力梯度，强体积力 及强三维性问题不适合 |
双层区模型 | 不依赖壁面法则，对于复杂流动， 特别是低雷诺数流动很适合 | 要求网格密，因而要求计算机处理 时间长，内存大。 |
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