この記事では、SimScaleでy+値を制御および解析する方法について説明します。y+が何であるかを知りたい場合は、 こちらのフォーラム記事 (英語) をご覧ください。この記事では、壁の法則と、それに続く完全解像度と壁関数の選択方法について説明しています。
アプローチ
Y+は無次元壁距離で、与えられた流れパラメータに対して壁境界から離れた最初のセルの厚さを決定するのに役立ちます。上記のフォーラム記事の式(1)では、次のように述べられています:
$$y+=y(u_{t}/\nu)$$
ここで
- \(u_{t}\): 摩擦速度
- \(y\): 壁からの絶対距離
- \(\nu\): 動粘性率
流体の性質と摩擦速度を変えないと仮定しましょう。残る変数は第一層の厚さだけです。では、どのように変更するかを見てみましょう。
メッシュ生成中のY+の制御
Inflate boundary layer (膨張境界層)を使って第一層の厚さをコントロールできます: Mesh > Refinements > Inflate boundary layer。
メッシュタイプによって、第一層の厚さをコントロールする方法が異なります:
Standardメッシャー
Standardメッシャーでは、グローバルメッシュ設定で Automatic boundary layersを オンにするか、上図のようにRegion refinementを追加することで境界層を膨らませることができます。
以下の設定が可能です:
Inflate boundary layer設定は、この場合、レイヤーに対して絶対的(Specify first layer thickness)と相対的(Specify growth rate)の両方があります。Number of layers (層数)、Overall thickness relative to the first local cell size (最初のローカルセルサイズに対する全体の厚み)、Growth rate adjacent layers (隣接する層間の成長率)、またはThe absolute thickness of the first layer (最初の層の絶対的な厚み)を定義することができます。このように、基本的な計算を行い、y+と境界層の精密化に基づいてパラメータを追加することができます。
各用語の説明は、Inflate Boundary Layerセクションをご覧ください。
Hex-Dominant Automatic
Hex-Dominant Automaticメッシャーでは、以下の設定が可能です:
この場合、Inflate boundary layer 設定は相対的なものです。このパネルでは、Layers (レイヤーの数)、expansion ratio (各レイヤー間の比率)、Min thickness (すべてのレイヤーで最小の厚さ)、Surface layer relative thickness (隣接するレイヤーに対する最初のレイヤーの相対的な厚さ)を定義できます。したがって、簡単な計算で、必要な境界層の精密化に従って、それぞれのパラメータを入力することができます。
各項目は、レイヤー細分化のセクションで説明されています。
シミュレーション中のY+のエクスポート
SimScaleプラットフォームでは、 Result control のField calculationsでTurbulenceを有効にすることで、y+の計算をオンにすることができます。これにより、デフォルトのResult typeとして y<plus>が 設定された設定パネルが表示されます。
計算が開始されると、実行中のオプションフィールド計算が表示されます。
ポストプロセッサーでY+をローカルにチェック
オンラインポストプロセッサーで新しいフィルターを追加し、Iso volumeを作成します:
設定パネルで Iso scalarとして yPlus を選択します。これで、例えばy+値が1より大きいIso volume範囲を調整することで、関心のある値を変更できます。