粗度モデル — CAE用語解説
粗度モデル
壁面粗さの乱流への影響モデル
実際の壁面って完全に滑らかじゃないですよね。CFDでは粗面をどうモデル化するんですか？
実際の機械部品の表面は旋盤痕・研磨痕・鋳肌などで粗さがあって、これが乱流の壁面近傍構造に影響する。CFDでは実際の凸凹をメッシュ化するのは不現実的なので、等価砂粒粗さks（equivalent sand grain roughness）というパラメータで壁関数を修正するモデル化が標準的だよ。
粗面になると流れはどう変わるんですか？
摩擦係数が増加して圧力損失が大きくなる。また遷移Reynolds数が下がって早めに乱流になる。工業配管では管の粗さ（鋼管でks ≈ 0.05mm程度）を無視すると圧力損失を過小評価する。モムドキストの実験データから求めたMoodeyダイアグラムがその影響を整理していて、CFDの結果と比較する際の参考になる。
配管・翼面・船体の粗さ効果
FLUENTで粗さを設定するにはどうすればいいですか？
壁面境界条件でRoughness Height（粗さ高さks）とRoughness Constant（C_s）を設定する。標準のC_s = 0.5を使うことが多い。k-εモデルのStandard Wall Functionと組み合わせるのが基本で、Enhanced Wall TreatmentはなめらかなWall Functionを使うから粗さモデルとの組み合わせは注意が必要だ。
航空機の翼面やソーラーパネルの汚れ（バグ・雨滴）の影響もシミュレーションできますか？
できる。航空機翼の昆虫付着（Bug Contamination）は実際に揚力低下を引き起こすことが知られていて、翼前縁の局所的な粗さ増加として粗度モデルで評価する研究がある。船体の生物汚損（バイオファウリング）による摩擦抵抗増加も同様の手法で評価できて、海運業のメンテナンス計画に活用されているよ。
関連用語
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