大渦模擬中近壁面需要網格同性嗎？

01-16

問一下，大渦模擬中，近壁面是需要網格同性嗎，如使用壁面函數，邊界層內網格網格數量能減小很多，但對計算結果會有影響嗎？很多文獻中貌似都沒做到網格同性，為什麼計算結果會很好呢？

謝邀。

近壁網格不需要delta Y = delta Z = delta X的。

並不是專門做LES的，所以只能給出自己實踐以及印象中別人的數據，不保證完全正確。

如果壁面對你關心的流場特性影響大的話，並且壁面形狀複雜，那最好不要用wall model。當然最近有些相對複雜的wall model可以用在複雜幾何上，不過具體效果尚待考驗。比如Moin組裡的Park開發了兩種wall model並且在multi element wing上面測試了一下，似乎還可以。

如果壁面速度曲線需要精確的話，第一層網格的無量綱尺度大約的參考值（不絕對，channel flow我試過大約是這個範圍）為 Delta X + 約等於30，Delta Z+ 約等於15，Delta Y+小於1，也就是展弦比為2左右。

當然取決於實際問題，也有Delta X+ 接近於100的，也有Delta Z+ 三四十，四五十的，展弦比也有四或者五的。總的來說channel flow對展向比較敏感。LES的網格比較麻煩，並沒有所謂的網格收斂性，一般需要算兩三套網格對比吧。

手機打的，將就看吧。

以下為第二天用電腦補充

比如，Frohlich et al, JFM , 2005算periodic hills Highly resolved large-eddy simulation of separated flow in a channel with streamwise periodic constrictions, 他的第一層網格在stream, wall normal, spanwise各方向無量綱尺度最大不超過50, 2,和 30。

看小西瓜的評論，我真是替你們捉急啊真的！網格不需要完全各項同性不代表可以用RANS網格啊。RANS的網格你Delta X+ 和Delta Z+ 有時候可以上千啊，和LES的幾十難道是一個概念嗎？RANS算個channel flow展向上只要一層cell就行了，LES難道可以？哪怕只在X和Z方向上各疏10倍，網格都小了100倍，計算時間少了不知上千倍，算上求時均量的話更不得了了。有時候問題問出來前還是要動動腦子啊，問來問去的問題還是too simple！

另外，Delta X+是plus units，不是實際物理上的長度，需要無量綱變換的。以前有985碩士生在知乎上問我第一層網格多大，我說Delta Y+小於1，然後它就按照1米來做網格（你怎麼不做一毫米呢，笑），這顯然是不對的。估算plus units可以通過Grid Spacing Calculator 大致獲得一個範圍。如果你試幾個不同的雷諾數，你會發現隨著雷諾數增加，網格要求會很密，這就讓LES在高雷諾數下對計算機性能要求非常非常高。我自己有算過一些低雷諾數（Re_tau約幾百）的LES channel flow，哪怕是工作站都很吃力。北美黨我估計超算都是標配吧。。

和同樣做CFD的@朱輝大神討論的結果我整理如下，具體也可以看這個回答下面我和@朱輝的評論。LES的subgrid model在理論推導的時候基本上都是按照網格各項同性來考慮的，所以理論上做網格的時候需要讓網格保證各項同性。但是實際上做網格的時候，尤其是結構網格，由於在壁面的wall normal方向需要加密網格，並不能做到網格是各項同性的。於是結合實踐以及與實驗/DNS對比，大家發現了一個經驗上的網格尺度範圍，也就是本答案上面的回答。當然也有學者提出過對各向異性網格的修正，比如Lily在1993年的Generalized Smagorinsky model for anisotropic grids ，不過實際上並沒有很多人用。也有人覺得用germano identity計算smagorinsky constant的時候已經帶有對網格各向異性的一點點修正了。總的來說，就我個人理解，這是一個實踐和經驗結合的過程，大家發現網格不是嚴格各向異性的時候還能算出可以接受的結果，那麼就認可了。

因為我是做hybrid RANS/LES的，所以對LES也不是了解得很透徹，有大神看到我哪裡理解錯的請留言告知。

1.如果不用任何wall model，近壁網格肯定是要各向同性的。

2.wall model對結果影響大不大？看你算什麼了。如果你算Channel Flow的話不加wall model需要很密的網格才能把velocity profile算對。

3.這些文獻要麼用了wall model，要麼算的是大分離流動。

簡單地說，你想模擬多小的渦，就得有多小的網格。偷懶省下的網格，就要用各種model來補。

但對計算結果會有影響嗎？

有是一定會有的，在不在乎是你的事。

PS：文獻的結果怎麼總是那麼好呢，呵呵嗒

pope 湍流第600頁有說

我碩士論文是關於LES/RANS的雜交模型。近壁面用RANS，實例效果挺好的，網格也比同質量的LES少很多，但是運算速度並不會變快。至於具體用哪個好，要看你到底要算什麼了。