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A distributed element roughness model for generalized surface morphologies
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AI
DOI：10.1016/j.compfluid.2025.106651.png)
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摘要
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粗糙表面的流动已研究并建模数十年，因其对湍流边界层演化以及伴随的摩擦阻力与热传递增强的重要作用。尽管在给定几何规格（即CAD和/或光学扫描）的情况下，对确定性和随机粗糙度形貌的显式解析往往是可行的，但这些已解析粗糙度配置的CFD建模在DNS、LES乃至亚层解析的RANS设计环境中可能成本过高。为此，基于表面参数化的建模被广泛用于降低计算成本。然而，这种方法存在诸多不足，包括确定适当代表性粗糙度长度尺度的模糊性，以及同时准确预测摩擦和热传递的局限性。表面参数化的替代方案是体积参数化。分布式元件粗糙度建模（DERM）便是此类方法的一个示例。本研究开发了一种基于双重平均Navier-Stokes（DANS）方程的DERM模型。该公式化表述构成了一种完整处理，即对出现的三个未封闭动量输运过程分别进行建模：粗糙度诱导阻力、离散应力以及空间平均雷诺应力。本文提出的模型基于物理和量纲论证进行构建，并利用已解析粗糙度的DNS以及基于神经网络的机器学习进行校准和验证。考虑了三类表面拓扑结构，包括不同堆积密度的立方体阵列、不同波长的正弦粗糙度模式，以及与实际增材制造表面相关的随机分布。虽然DERM模型通常针对特定的确定性粗糙度形状族进行校准，但本文展示的结果表明，当前更通用的公式化表述具有更广泛的应用范围。
Keyword:
DERM
DANS
Surface roughness
Roughness modeling
CFD
期刊
C
IF:
3
论文数:
333
被引数:
1.4W
机构
暂无机构信息
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