边界层的处理是CFD仿真成败的关键
是什么？ （基本概念）
边界层是流体粘性在固体壁面附近形成的速度从零（无滑移边界条件）加速至主流速度的薄层区域。其特点是存在巨大的速度梯度。
为什么重要？ （核心作用）
提高精度：捕捉巨大的速度/温度梯度，准确计算壁面摩擦力、传热等关键参数。
改善收敛：合理的网格是求解器稳定迭代的基础，边界层网格能减少数值振荡。
捕捉关键现象：只有解析了边界层，才能准确预测流动分离、转捩（层流到湍流）、涡旋产生等对工程设计（如阻力、升力、噪音）至关重要的现象。
影响工程参数：直接决定了摩擦阻力、热传递系数等设计指标的计算准确性。
怎么做？ （设置方法）
首层网格高度（y+）：根据所选湍流模型确定目标y+值，这是设置的首要步骤。
网格膨胀率（Growth Rate）：通常控制在1.1-1.3之间，平滑过渡以避免数值误差。
层数（Layers）：通常需要10-20层（或更多）来充分解析边界层内的速度剖面。
y+的“双刃剑”特性：
低y+方法（y+≈1）：要求首层网格非常薄，必须解析粘性底层。适用于SST k-ω等模型，精度高但计算成本也高。
高y+方法（y+＞30）：首层网格位于对数律层，依靠壁面函数（Wall Functions）来模拟粘性底层的效果。计算经济，但在分离、大压力梯度等复杂流动中可能不准确。
选择策略：不存在唯一的“正确”y+值，只有与你的湍流模型相匹配的“合适”y+值。 选错模型和y+组合是初学者最常见的错误之一。
边界层与流动分离：
这是边界层最重要的影响之一。当逆压力梯度足够大时，边界层内的流体会失去动能，最终导致流动从壁面分离，形成涡旋。无法准确捕捉边界层，就意味着根本无法预测分离点，从而导致升力系数过高估计、阻力系数过低估计等致命错误。 这对于飞机失速分析、汽车气动优化等都是致命的。
不仅仅是空气动力学：
边界层对传热传质的影响同样巨大。在热仿真中，边界层是热量的主要传递阻力区。如果边界层网格过于粗糙，会严重低估或高估壁面温度，导致散热设计失败（如电子设备过热）或换热器效率计算错误。
结论
在CFD工作中，投入时间精心设置边界层网格绝不是可选项，而是一项必要的、回报率极高的投资。 一个看似复杂的网格生成过程，恰恰是保证仿真结果物理真实、能够真正指导设计成败的基石。
一句话总结：边界层是连接理想流体模型与物理现实的桥梁，忽略了它，CFD仿真就只是在“数字猜谜”，而非“科学计算”。
