粗糙度模型 — CAE用语解释
粗糙度模型
壁面粗糙度对乱流的影响建模
实际壁面并不完全光滑。在CFD中应该如何对粗糙表面进行建模？
实际机械部件的表面存在车削痕迹、研磨痕迹、铸肌等粗糙度，这会影响乱流壁面附近的结构。在CFD中，对实际凹凸进行网格化不现实，因此标准做法是用等效砂粒粗糙度ks（equivalent sand grain roughness）参数来修正壁面函数进行建模。
粗糙表面如何改变流动？
摩擦系数增加，压力损失增大。同时转移雷诺数降低，更早进入乱流状态。在工业管道中，如果忽略管道粗糙度（钢管约ks ≈ 0.05mm），会低估压力损失。Moody图从实验数据得出，能够整理这些影响，在与CFD结果对比时很有参考价值。
管道、翼面、船体的粗糙度效应
在FLUENT中如何设置粗糙度？
在壁面边界条件中设置粗糙度高度（Roughness Height，ks）和粗糙度常数（Roughness Constant，C_s）。标准情况下通常使用C_s = 0.5。基本做法是将其与k-ε模型的标准壁函数（Standard Wall Function）组合使用。增强壁面处理（Enhanced Wall Treatment）使用光滑的壁函数，与粗糙度模型结合时需要注意。
是否可以通过仿真评估飞机机翼或太阳能电池板污垢（昆虫、雨滴）的影响？
可以。已知飞机机翼上的昆虫粘附（Bug Contamination）会实际导致升力下降，可以作为翼前缘局部粗糙度增加用粗糙度模型进行评估，相关研究已有报道。船体的生物污垢（生物附着）引起的摩擦阻力增加也可以用类似方法评估，已被应用于海运业的维护计划中。
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