Информация об Y+ (yplus)

[Tako 0]

Здравствуйте!

Много раз становился свидетелем споров людей о том каким должно быть значение Y+, и вообще, что это такое. Новички, имея отрывочные знания высказывают свое мнение (зачастую неверное), а профессионалы критикуют их (по делу), но не говорят своего мнения.

Это похоже на фразу: Нет вы не правы, а как должно быть - почитайте литературу.

Давайте не сочтем за труд и разберемся.

Например, Miki говорит о том, что Yplus зависит от модели турбулентности. Мог бы кто-то представить конкретную выдержку из текста хелпа или книги, где говорится о том, для каких моделей турбулентности какие диапазоны Yplus приемлимы, какие удовлитворительны, а какие не допускаются.

Если есть на русском языке, это было бы отлично, но можно и на английском.

P.S. Скажу сразу, что я лично имею туманные представления об этом параметре. Поэтому мои слова прошу не воспринимать истиной в конечной инстанции.

Выдержка из хэлпа CFX:

Solver Yplus and Yplus

Yplus (y+) is the dimensionless distance from the wall. It is used to check the location of the first node away from a wall. This was more important when standard wall functions were used, as you had to avoid y+ values smaller than approximately 20. With the scalable wall functions and the automatic wall treatment, these values are only provided for information on the near wall resolution. Two variables related to y+ are output to the results file, Yplus and Solver Yplus.

• The variable Yplus is based on the distance from the wall to the first node and the wall shear stress. This is the usual definition in the CFD community.

• The variable Solver Yplus is used internally by the ANSYS CFX-Solver. It uses different definitions for the wall distance of the first wall point. This variable is available for backwards consistency, but is of little use to you.

There is usually no need for you to work with the y+ used internally (Solver Yplus). The information required to judge the near wall mesh spacing should be based on the standard y+ (Yplus) definition.

Примерный перевод:

Solver Yplus и Yplus

Yplus (y+) - безразмерное расстояние от первого узла сетки до стенки. Этот параметр был особенно важным, когда использовались стандартные пристенные функции, поскольку пользователю нужно было избегать значений y+ меньших чем приблизительно 20. С масштабируемыми пристенными функциями и автоматической пристенной обработкой, значения этого параметра дают информацию о разрешающей способности вблизи стенки. В файле результатов сохраняются две переменные: Yplus и Solver Yplus.

• Переменная Yplus зависит от расстояния между стенкой и первым узлом, а также от сдвигового напряжения (shear stress) на стенке. Это - обычное определение, принятое в CFD сообществе.

• Переменная Solver Yplus используется решателем ANSYS CFX-Solver. Эта переменная доступна, но мало полезна пользователю.

Обычно, нет никакой необходимости в работе с Solver Yplus. Для того чтобы судить о плотности сетки вблизи стенки нужно рассматривать значение y+ (Yplus).

Изменено 8 мая 2007 пользователем Tako

[Расчетчик 0]

Miki не обманул Вас Tako, в CFX y+ зависит от конкретной модели турбулентности, прочитать об этом можно в Solver Theory, Wall Function Modeling (теоретическая часть по пристеночным функциям).

Складывается такое впечатление, что Solver YPlus, это классическое определение y+ по расстоянию до первого узла и сдвиговому напряжению, при том что yplus вычисляется в CFX в завсимости от модели турбулентности и говорит о необходимом условии применимости модели с соответствующей сеткой. Однако хотелось бы доконца понять (отвелкаясь от формул и определений) в чем разница между этими двумя величинами и можно ли по ним судить о достаточности сеточного разрешения в пристеночной области ?

[Tako 0]

Еще выдержка из хэлпа:

Mesh Resolution Near the Wall - using YPLUS.

Unless you are specifically interested in resolving the boundary layer profile in your simulation, ANSYS CFX will use wall functions to model the near wall region in a turbulent flow simulation.

Although wall functions are extremely useful in reducing computational load, there is a limit to their valid application, and care should be taken to ensure that their use in all wall regions is appropriate, or if not, that you are aware of their limitations.

The parameter y+ (Yplus) is a non-dimensional variable based on the distance from the wall through the boundary layer to the first node away from the wall. It is therefore dependent on the size of the mesh in the wall region. If the value of y+ is too large, then the wall function will impose wall type conditions further from the wall than would normally be physically appropriate. The use of Scalable Wall Function in ANSYS CFX has removed problems associated with the lower valid limit for y+. Ensure that you have sufficient nodes close to the wall to resolve the boundary layer , including information on the difference between Yplus and Solver Yplus.

You can plot the values of y+ at the wall in ANSYS CFX-Post to see where the mesh needs refining (or coarsening) to reduce (or increase) the value of y+ in that region.

И примерный перевод:

Определение разрешающей способности КЭ Сетки вблизи стенки с использованием YPLUS.Если пользователь при расчете специально не интересуется профилем пограничного слоя, ANSYS CFX будет применять стенные функции (wall functions), чтобы моделировать турбулентное течение в пристенной области.

Хотя стенные функции (wall functions) позволяют снизить вычислительные затраты, необходимо знать предел их правильному применению, и стараться адекватно использовать их во всех пристенных областях, или в противном случае необходимо знать об их ограничениях.

Параметр y+ (Yplus) - безразмерная переменная, основанная на расстоянии от стенки сквозь пограничный слой к ближайшему узлу сетки. Поэтому, она зависит от размера сетки в пристенной области. Если значение y+ является слишком большим, то стенная функция (wall function) установит условия wall type дальше от стенки, чем это есть на самом деле. Использование Scalable Wall Function в ANSYS CFX исключило необходимость определения нижнего предела для y+. Необходимо просто иметь достаточно тонкий слой элементов, чтобы разложить пограничный слой, учитывая информацию о различии между Yplus и Solver Yplus.

Вы можете построить в ANSYS CFX-Post распределение значений y+ на стенке, чтобы увидеть где сетку требуется замельчить (или загрубить), чтобы понизить (или увеличить) значение y+ в той области.

Изменено 8 мая 2007 пользователем Tako

[Lynx 1]

Что-то вы оба по-моему начинаете путаться

1. Не Y+ зависит от модели турбулентности, а ТРЕБОВАНИЯ к нему. Если модель использует функцию стенки (или закон стенки - именно так по русски называются wall functions), то тогда Y+ должен быть (грубо) не меньше 15 и не больше 150. Модели турбулентности, которые используют функции стенки, и к которым применимо это ограничение, называются высокорейнольдсовыми (High Reynolds). Если модель турбулентности не использует функции стенки, то тогда Y+ должен быть меньше 1. Такие модели называются низкорейнольдсовыми (Low Reynolds). Для первого случая есть исключение - гибридные функции стенки, у которых ослаблено ограничение на нижнюю границу Y+ (можно опускать до 2..5). Для второго случая тоже есть исключение - двухслойные модели (иногда их вообще выделяют в отдельный класс), у них Y+ может подниматься до 2..5.

Если эти ограничений на Y+ не выполняются, то вместо погранслоя у вас ерунда :) То есть неправильно предсказываются отрывы, потери на трение и вообще все что с этим связано.

2. Yplus и Solver Yplus отличаются только тем, какое расстояние берется для вычисления. Yplus использует расстояние от стенки до первого узла, а Solver Yplus, как я очень сильно подозреваю, расстояние от стенки до центра пристеночной ячейки. Формула Y+ (которую тут так не хотят видеть :)) очень простая - по структуре это число Рейнольдса, т.е. некий размер (в нашем случае - расстояние от стенки до первого узла) умноженный на некую скорость (friction velocity по английски или динамическая скорость, если мне не изменяет мой склероз, по русски) и деленный на вязкость.

[Dick 0]

В мануале по адресу ANSYS CFX-Solver Theory Guide -> Turbulence and Wall Function Theory расписано, что касается У+.

Также есть вот тут ANSYS CFX-Solver Modeling Guide -> Turbulence and Near-Wall Modeling -> Turbulence Models -> ANSYS CFX Transition Model

Еще есть старые флюэнтовские статьи по моделям, там тоже есть про У+

Ну и еще есть опыт =) Можно просчитать, например, профиль крыла и посмотреть как У+ и модель турбулентности влияют на точку отрыва, Сх и сравнить с экспериментом. Например (уже писал это), SST при У+ мах 1 на дозвуке на профиле дает результаты по Сх и отрыву как для полностью турбулентного ПС. Для ЛПС - надо использовать Transitional SST (которая кстати стабильнее работает в 11, чем в 10 версии).

Согласно мануалу, k-w low-Re может использоваться при У+<2, k-e low-Re - Y+<0.2. В свою очередь еще надо иметь 20 узов в ПС.

Про пристеночное моделирование тут ANSYS CFX-Solver Modeling Guide -> Turbulence and Near-Wall Modeling -> Modeling Flow Near the Wall

Про пристеночные функции, У+ тут ANSYS CFX-Solver Theory Guide -> Turbulence and Wall Function Theory -> Modeling Flow Near the Wall -> Mathematical Formulation

[_serge 24]

Что любопытно, этот вопрос каждые 1.5-2 года встает заново. Поэтому у Михаила он уже вызывает, как говорил eugen (который мог отличить бинодаль от спинодали), "рвотный эффект".

А вообще вы все даете заниженные оценки этого параметра.

В развитом турбулентном п.с. вполне нормально y+~300 и даже 500, а может и еще чуть-чуть за .. (нужно попасть в логарифмический слой)

Действительно зависит от модели турбулентности.

См. в UG Fluent 6.2 есть раздел 11.10 Grid Consideratios for Turbulent Flow Simulation.

Например, для модели SA рекомендованы или очень малые y+=1 или большие y+>=30.

Верхняя граница определяется по вложенным кривым (где логарифмический профиль скорости это так называемый закон стенки).

Стандартная k-e модель работает с методом пристеночных функций в диапазоне 30<y+<300.

Прим.: y+ - безразмерное число Рейнольдса, подсчитанное по пристеночному шагу сетки (по нормали) и динамической (фиктивной) скорости.

А вообще во Fluent замечательный UG, порой проще сразу посмотреть в него, чем искать по оригинальным работам. Можно еще см. Белов, Исаев или Wilcox, последний есть на <noindex>http://www.poiskknig.ru/</noindex>

[Lynx 1]

To _serge

На счет заниженных оценок - тут все как раз зависит от того, какой размер используется при подсчете, расстояние до центра пристеночной ячейки или до первого узла. Соответственно и диапазоны будут либо 15...150, либо в два раза больше, 30..300. А какой размер используется - зависит от того, как устроен солвер, то ли он cell-center based (вычисляет параметры в центрах ячеек), то ли vertex (или node) based (вычисляет параметры в узлах сетки). Я просто работаю со Star-CD, там cell-center based и в качестве размера берется полутолщина ячейки. А CFX (последние версии) - vertex based.

[Miki 3]

еще здесь выложено по Y+ и турбулентности

<noindex>http://cfdhelp.ru/library/let_eng.html</noindex>

[Dick 0]

Здорово, Михаил обновил сайт!

[a_schelyaev 366]

Дайте, пожалуйста, ссылку на сайт где все по проекту DLR-F6 фалометрией занимаются.

[_serge 24]

По-моему это уже прошли.

Можно просто сравнить с результатами 2nd AIAA CFD Drag Prediction Workshop.

Можно на этом форуме или на

<noindex>http://www.cfd-online.com/Forum/</noindex>

Или принять участие в

<noindex>http://www.vki.ac.be/eucass2007/</noindex>

[a_schelyaev 366]

Уже нашел - <noindex>http://www.aiaa.org/tc/apa/dragpredworkshop/dpw.html</noindex>

Но там нет IGES файла с моделью.

[ivanklok 0]

<noindex>http://aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aiaa-dpw/Workshop2/</noindex>

[a_schelyaev 366]

Да, спасибо, тоже уже добрел сюда.

:)

[Tako 0]

Что же Вы, господа, ведете себя как малые дети. Наверняка образованные люди.

Серьезная тема. Зачем оффтопить? Нет, чтобы ссылочку по теме подкинуть.

Как-то несерьезно это...

Изменено 14 мая 2007 пользователем Tako

[_serge 24]

<noindex>http://cfdhelp.ru/library/ebook.html</noindex>

А тут собственно уже все исчерпано.

Можно еще посмотреть несколько книг под. ред. Сполдинга (он один из авторов пристеночных функций). Но они такая редкость, если бы мне не досталась по наследству библиотека, я бы и не подозревал об их наличии.

Хотя тема вообще интересная. Я сам сейчас этим занимаюсь, но в рамках МКР.

В нем этот y+ (похоже - в этом я еще не уверен полностью) не нужен, а возникают другие, смежные проблемы:

- сколько e или w должно быть в свободном потоке

- чему равны e или w на стенке (w стремится к бесконечности?, по какой формуле?)

- собственно нормировка вспомогательных связей

Вообще в этих моделях с двумя уравнениями система слабо (плохо) связана. Уравнение для k еще боле менее понятно, а для e или w - сплошная химия. Если k еще входит в левую часть нескольких предыдущих уравнений системы, то e или w только в правую часть одного уравнения для k.

Ясно, что физики это глубокой не может содержать.

Поэтому правильно говорят, что каждая новая модель турбулентности добавляет лишь очередной крест на кладбище идей о ней.

[BigBrother 1]

По поводу Solver Yplus в CFX. Если модель высокорейнольдсовая, т.е. с функцией стенки, Y+ должен быть таким, чтобы первая точка, в которой он вычисляется попадала в логарифмическую зону. Иначе будет не хорошо. Так вот в таком случае, там где Y+<11,06 (если не ошибаюсь), солвер CFX тупо ставит 11,06. Проверено экспериментально

[Tako 0]

_serge, спасибо. Эти книги я уже все скачал. Только вот не скоро я их все прочитаю. Даже вдумчиво просмотреть пока нет времени.

Просто кроме этого много практических задачек, которые приходится делать. По поводу результатов: заказчика они устраивают, а я все чаще в них сомневаюсь. Думаю, я не один такой.

Может быть, вы сможете навскидку порекомендовать для начала одну книгу (желательно на русском), в которой автор грамотно затрагивает модели турбулентности, функции стенки, Yplus и так далее.

Кстати, отдельный вопрос: как узнать, какая должна быть сетка в той или иной области расчетного ространства.

[Lynx 1]

По поводу книжек на русском - Белов и Исаев, а также Белов отдельно.

А по поводу сетки - заранее узнать нельзя, есть набор правил, которые проверяются по результатам расчета, потом если надо сетка корректируется. Кроме у+ - число ячеек в погранслое (не меньше 12..20, причем надо помнить, что толщина погранслоя то у нас в разных местах разная) и, тоже самое фактически, поперек всяких каналов/протоков/щелей (соответственно не меньше 24..40), избегать резкого изменения размеров ячеек, особенно в направлении потока и в области больших градиентов (вообще желательно, чтоб размеры соседних ячеек отличались не более чем в 1.2 раза). Ну еще надо проверять зависимость результатов от густоты сетки (измельчаем в 2 раза, в 4 раза, считаем, сравниваем с исходной, если разница не большая, то все нормально - вообще по идее на последовательности из трех сеток разной густоты должна наблюдаться сходимость результатов к чему-нибудь, иначе плохо)

[max760 0]

Прошу прощения и просьба не бить сильно))

Как определить (заранее) толщину погранслоя? Мне известны лишь формулы для ламинарного потока = характеристический размер/корень из рейнольдса, и для обтекания тонкой пластины = 4.64*X/корень из местного рейнольдса. Большего вроде в теории нет. Как вы оцениваете эту величину перед построением сетки??? Например мне интересно при высоком рейнольдсе для обтекания цилиндра...

Изменено 24 июля 2007 пользователем max760