空気密度 $\rho = 1.225$ kg/m³ を固定で使用。$u_\tau = U_\infty\sqrt{c_f/2}$、$y^+ = y\,u_\tau/\nu$。
壁面(左)から外層に向けた境界層模式図。緑=粘性底層(y+ < 5)/橙=バッファ層(5 ≤ y+ < 30)/青=対数則層(30 ≤ y+ < 300)/赤=解像不足(y+ ≥ 300)。黄色矢印=現在の y+ 位置。
横軸=$\log_{10}(y^+)$(−1 から 3)/縦軸=$u^+ = U/u_\tau$/青線=粘性底層則 $u^+ = y^+$/橙線=対数則 $u^+ = (1/\kappa)\ln(y^+) + B$($\kappa = 0.41$、$B = 5.0$)/黄●=現在の $y^+$ における理論 $u^+$。
無次元壁距離の定義($y$=壁から第 1 セル中心まで、$u_\tau$=摩擦速度、$\nu$=動粘性係数):
$$y^+ = \frac{y\,u_\tau}{\nu}$$摩擦速度は壁面せん断応力 $\tau_w$ と密度 $\rho$ から、平板境界層では摩擦係数 $c_f$ を介して主流速度に直結します:
$$u_\tau = \sqrt{\frac{\tau_w}{\rho}},\qquad \tau_w = \tfrac{1}{2}\,c_f\,\rho\,U_\infty^2,\qquad u_\tau = U_\infty\sqrt{\frac{c_f}{2}}$$壁近傍の無次元速度 $u^+ = U/u_\tau$ は領域ごとに異なる関数:
$$u^+ = \begin{cases} y^+ & (y^+ < 5,\ \text{粘性底層}) \\ \dfrac{1}{\kappa}\ln(y^+) + B & (y^+ \ge 30,\ \text{対数則層}) \end{cases}$$$\kappa \approx 0.41$(フォン・カルマン定数)、$B \approx 5.0$(滑らか壁)。CFD で SST k-ω や Spalart-Allmaras を low-Re で使う場合は $y^+ < 1$、k-ε に wall function を組み合わせる場合は $30 \le y^+ < 300$ を目標とします。バッファ層($5 \le y^+ < 30$)は両モデルの仮定が成立しないため、第 1 セルを置かないのが基本です。