STAR-CCM+粗糙壁面处理技巧与策略

适用版本：STAR-CCM+

Siemens STAR-CCM+是一款集成的多学科三维CFD仿真软件，采用最先进的连续介质力学数值技术开发，该软件在解决与多物理和复杂几何形状相关的问题方面拥有无可比拟的优势，可与用户现有的工程流程兼容，帮助用户实现模拟工作流的全自动化。

粗糙度效应是各工程应用程序中的一个严重问题。即使很小的表面缺陷也可能会在速度场中产生明显干扰，并更改流行为，从而影响产品的性能。在大多数情况下，粗糙度结构过小而无法由网格求解。因此，使用壁面粗糙度模型。

通常，通过将内边界层的对数层靠近壁面来对壁面粗糙度效应建模。在速度的壁面函数和温度的壁面函数中减小系数 E 可以体现这一效应：

图1 u+与y+关系图

如附图所示，当将粗糙度参数 R+ 设为较大值时，对数分布不会与子层中的假定线性分布相交。如果此事件在完全粗糙的区域中发生 —即当 R+ > R rough ，其中 R rough是对应于完全粗糙表面的粗糙度参数，是没有问题，因为子层不相关。如果这些曲线不与过渡粗糙度区域相交—即当 R smooth

粗糙度参数 R+ 定义为：

其中：

r 是等效的砂粒粗糙度高度和模型系数。

ρ 为密度。

u* 是速度比例。

μ 为动力粘度。

Elliptic Blending Rough-Wall 修正

对于粗糙壁面，Elliptic Blending all-y+ 壁面处理为速度和温度使用特定的壁面函数。此外，在近壁网格单元中施加湍流耗散的特定值。

对于速度的混合壁面函数，要在粗糙壁面的情况下描述无量纲速度 u+ 的分布，椭圆混合模型使用名为原点位移的方法。在Reichardt 定律修正中，原点位移方法与混合壁面函数结合使用，如下所示：

对于温度的混合壁面函数，温度的壁面处理也使用原点位移方法。无量纲温度 T+ 的分布定义如下：

K-Omega 粗壁面修正

对于粗壁面，K-Omega 模型对壁面旁的网格单元施加比耗散率 ω的特定值。ω的公式取决于壁面处理，并计算为壁面粗糙度的函数，如 Wilcox所述：

总之，在我们进行CFD仿真时，怎么选择模型，怎么调整参数，在通常情况下，从数值理论来找根据，这样的模拟结果更可行，模拟也更高效。

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