CFD 壁面运动、粗糙度与热边界条件

壁面同时控制动量和能量交换。即使关注压降，也不能忽略壁面运动、粗糙度与参考系；传热问题还需明确热量如何穿过壁面。

1. 动量条件

黏性流中常用无滑移条件，流体在壁面处的切向速度等于壁面速度。移动带、旋转壁和滑移网格要明确速度相对哪个参考系定义。对称面不是“无摩擦壁”，两者的法向约束不同。

2. 粗糙度

粗糙度高度和常数应与所用壁函数模型匹配。几何上已解析的大粗糙结构不应再重复施加等效粗糙度。应检查无量纲粗糙高度和适用范围。

3. 热边界类型

• 绝热：法向热流为零；
• 恒温：给定壁面温度；
• 给定热流：规定 W/m² 及符号方向；
• 对流换热：需要环境温度和换热系数；
• 共轭传热：显式求解固体导热与流体对流。

4. 一致性检查

给定总功率时要除以正确受热面积。薄壁模型需检查厚度和导热系数。接触热阻、辐射和温度相关物性可能与壁面热流同量级，不能在高温问题中随意省略。

5. 结果验证

积分壁面剪切、热流和功率，检查与外部输入及能量收支一致。比较壁温、热流密度和换热系数分布，不要仅报告最高温度。

6. 参考资料

1. Incropera et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer.
2. Schlichting & Gersten, Boundary-Layer Theory.