增材制造粗糙表面上完全发展湍流的的大涡模拟
流体动力学
2023-05-10 v1
摘要
在过去十年中，增材制造（AM）的进展为优化热交换器铺平了道路，其颠覆性设计将依赖于预测性数值模拟。典型的AM粗糙表面与大多数先前基于粗糙壁湍流的基础研究所采用的人工构造粗糙表面相似性有限。因此，我们构建了一个高保真大涡模拟（LES）数据库，以开发和评估针对AM的新型壁面模型。本文研究了基于西门子采用镍合金IN939材料、通过AM技术创建的表面的粗糙管道内的流动。我们开发了一段代码，从扫描的平面表面生成所需的粗糙管道，并在 Re = 11,700 下对湍流粗糙管流进行高保真LES，以揭示粗糙度对湍流的影响，主要是平均粗糙高度和有效斜率（Effective Slope）。使用Colebrook关联式预测了当前AM粗糙表面的等效沙粒粗糙度 ks。在本研究中，即使对于较高的 ks 值，对数层的存在依然明显。平均流、速度脉动和雷诺应力显示出湍流对粗糙形貌的强烈依赖。通过引入有效壁法向距离对湍流统计量剖面进行比较。该有效距离使粗糙子层外的剪切应力和速度脉动重合；因此，对于当前粗糙度，流向平均速度的Townsend相似性明显。此外，引入了一种混合缩放以改进粗糙子层内湍流统计量的重合。
引用
@article{arxiv.2302.00631,
title = {Large Eddy Simulations of Fully-Developed Turbulent Flows Over Additively Manufactured Rough Surfaces},
author = {Himani Garg and Lei Wang and Guillaume Sahut and Christer Fureby},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.00631},
year = {2023}
}