Dieses Thema behandelt Aspekte von Netzdefinitionen, die einer besonders sorgfältigen Betrachtung bedürfen. Ausgangspunkt ist hierbei die Anforderung, dass ein Netz fein genug sein sollte, um Gradienten und Änderungen in der Strömung zu erfassen. Gradienten können aufgrund von geometrischen Merkmalen, Randbedingungen oder verteilten Widerstandsbereichen auftreten.
Räumliche Gradienten für Geschwindigkeit, Druck, turbulente kinetische Energie und turbulente Energiedissipation fallen im Allgemeinen in der Nähe eines Festkörperrands (beispielsweise einer Sicherheitswand oder der Fläche eines umschlossenen Körpers) am höchsten aus. Dies gilt besonders dann, wenn die Strömung durch eine enge Öffnung behindert und um eine scharfe Kurve geleitet wird oder plötzlich an einem Stagnationspunkt zur Ruhe kommt. Dementsprechend muss die Netzdichte in diesen Bereichen am größten sein.
Bei der Analyse einer turbulenten Strömung ist die Größe eines Elements neben einer Festkörper-Schnittstelle für eine präzise Prognose von Scherspannung von besonderer Bedeutung. Dies wirkt sich letztendlich auf die Berechnung des Druckabfalls in der Lösungsdomäne aus. Die k-epsilon- und RNG-Turbulenzmodelle berechnen einen dimensionslosen Abstand von der Wand (y+) an allen Knoten in der Nähe einer Festkörper-Schnittstelle. Dieser Wert ist nützlich zur Ermittlung, ob die Elemente in der Nähe von Festkörper-Schnittstellen eine ausreichende Größe aufweisen.
Die y+-Werte können als eine Ergebnisgröße angezeigt werden. Im Allgemeinen sollten sie innerhalb eines Bereichs von 35 < y+ < 350 bleiben. Es ist nicht sinnvoll und auch nicht nötig, dass alle y+-Werte innerhalb dieses Bereichs liegen, doch ist dies eine geeignete allgemeine Richtlinie. Dieser Bereich ist am wichtigsten für Strömungen, die einem großen Druckverlust aufgrund von Scherung ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Strömungen durch lange Rohre und über aerodynamische Körper. In Strömungen, bei denen Formwiderstand den Druckabfall beherrscht, sind die y+-Kriterien weitaus weniger wichtig. Mit der Verwendung von Randschichtnetz und der Randschichtnetzadaption sollte sichergestellt werden, dass das Netz in der Nähe aller Wände in der Domäne fein genug ist.
Im Allgemeinen sollten Elemente an Einlassöffnungen konzentriert sein, um die Bildung von Lösungsgradienten zu ermöglichen. In einigen Situationen (z. B. bei kompressiblen Strömungen) sollten die Bereiche in der Nähe von Auslässen ebenfalls ein feines Netz aufweisen. Wenn der Auslass weit genug von der Lösungsdomäne entfernt platziert ist, ist keine Verfeinerung erforderlich. Es soll hierbei erreicht werden, dass der Auslass keine starken Auswirkungen auf die Lösung hat.
Ähnlich wie bei Einlasskanälen sollten Elemente in der Nähe von Wänden mit thermischen Randbedingungen konzentriert sein. Normalerweise fällt die Wärmeübertragungsrate (die dem Temperaturgradienten entspricht) in der Nähe dieser Randbedingungen am höchsten aus. Sie sollten auch versuchen, Knoten an den Kanten dieser Randbedingungen zu konzentrieren, sodass die Diskontinuität bei der Wärmeübertragung präzise erfasst werden kann.
Der Bereich um den Trennungspunkt zwischen zwei Randbedingungstypen muss ein verfeinertes Netz aufweisen, um die Diskontinuität adäquat zu erfassen. Ein Beispiel ist der Punkt an der Überschneidung einer isolierten Wand und einer angegebenen Randbedingung für Wärmestrom in einer Konvektionsanalyse.
Aufgrund des zusätzlichen Druckverlusts über Strömungswiderstände/durchlässige Medienelemente hinweg sollten Sie das Netz in und um diese Bereiche verfeinern, um die Geschwindigkeits- und Druckgradienten aufzulösen.
Es hat sich bewährt, das Netz in rotierenden Bereichen und an von rotierenden Bereichen umschlossenen Festkörpern zu konzentrieren. Die Strömungsgradienten sind in der Regel innerhalb von rotierenden Bereichen recht hoch, und die geometrischen Formen sind häufig sehr komplex.
Im Fluidbereich um einen beweglichen Festkörper (und im gewünschten Pfad des Festkörpers) sollte das Netz konzentriert sein. Die Strömungsgradienten, die infolge eines beweglichen Festkörpers auftreten, können sehr stark ausfallen, und das Netz muss fein genug sein, um sie zu erfassen. Mehr über die Vernetzungsstrategien bei Bewegung.