Modeling the hydraulic impact of SLM-induced wall roughness in TA15 alloy via a user-defined function approach

表面粗糙度 材料科学 钛合金 表面光洁度 流利 计算流体力学 工作(物理) 机械工程 湍流 机械 流量(数学) 水准点(测量) 功能(生物学) 合金 水力粗糙度 水力机械 复合材料 曲面(拓扑) 液压 流体力学 选择性激光熔化 工程制图
作者
Zhengnan Zhao
出处
期刊:Advances in Mechanical Engineering [SAGE Publishing]
卷期号:17 (12)
标识
DOI:10.1177/16878132251404864
摘要

Selective laser melting (SLM) provides significant design freedom for hydraulic components, yet the inherent wall roughness from powder adhesion degrades fluid flow performance, an effect standard CFD models struggle to capture. This study presents a systematic framework to address this challenge by integrating experimental surface data into fluid dynamics simulations. A user-defined function (UDF) was developed in Fluent to translate experimentally measured 3D surface topographies of as-built TA15 titanium alloy into a non-uniform, equivalent sand-grain roughness model. This approach specifically accounts for stochastic, localized powder agglomerates. The feasibility of the UDF methodology was first verified against a benchmark case, confirming its capability to represent localized flow disturbances. When applied to a complex, self-supporting diamond-shaped channel, this data-driven model predicted a 55 Pa pressure loss increase (a 4.5% rise) and significantly intensified near-wall turbulence compared to a smooth-wall assumption. This work provides a methodologically verified and practical framework for more accurately predicting the hydraulic performance of as-built SLM components. It offers a critical tool for designers to anticipate and mitigate the impacts of surface roughness in next-generation, high-efficiency lightweight hydraulic systems.
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