Aerodynamic study of body-gas interaction of a rough surface

The main objective of the Aerodynamic study of Gas-surface interaction is to understand the reflection and diffusion of molecules at a given velocity on the surface of the body. Aerothermodynamics is governed by momentum and energy transferred from the incoming gas flow onto the vehicle's surface or any solid body. These transfers are governed by the collisions between the gas molecules and the solid surface. This is taken as a boundary condition in the kinetic theory of gases for gas-surface interaction. When it comes to gas-surface interaction, it is essential to know the momentum and mass transfer. Since a detailed gas-surface model is still in process, theoretical prediction can be made using the empirical parameters called accommodation coefficient. The value of the accommodation coefficient varies from 0 to 1 where one describes complete accommodation diffuse reflection meaning the molecules are in thermal equilibrium with the wall and zero depicts adiabatic specular reflection meaning molecules do not exchange energy with the wall. This paper mainly deals with gas-surface interaction for a rough surface and the changes obtained in the aerodynamic parameters because of it. The analysis is done for different accommodation coefficients with different types of roughness introduced on the solid body. Different Gas-surface interaction model like the Maxwell model and the CLL model is used for the simulation process and their results are compared as well.

L'obiettivo principale dello studio aerodinamico dell'interazione Gas-superficie è comprendere la riflessione e la diffusione di molecole ad una data velocità sulla superficie del corpo. L'aerotermodinamica è governata dalla quantità di moto e dall'energia trasferite dal flusso di gas in ingresso sulla superficie del veicolo o su qualsiasi corpo solido. Questi trasferimenti sono regolati dalle collisioni tra le molecole di gas e la superficie solida. Questa è considerata come condizione al contorno nella teoria cinetica dei gas per l'interazione gas-superficie. Quando si tratta di interazione gas-superficie, è importante conoscere la quantità di moto e il trasferimento di massa. Poiché il modello dettagliato della superficie del gas è ancora in elaborazione, è possibile effettuare previsioni teoriche utilizzando i parametri empirici chiamati coefficiente di accomodazione. Il valore del coefficiente di accomodazione varia da 0 a 1 dove si descrive la riflessione diffusa dell'accomodazione completa, ovvero le molecole sono in equilibrio termico con la parete e zero rappresenta la riflessione speculare adiabatica, il che significa che le molecole non scambiano energia con la parete. Questo lavoro si occupa principalmente dell'interazione gas-superficie per una superficie ruvida e dei cambiamenti che ne derivano nei parametri aerodinamici. L'analisi viene effettuata per diversi coefficienti di accomodamento con diversi tipi di rugosità introdotti sul corpo solido. Per il processo di simulazione vengono utilizzati diversi modelli di interazione gas-superficie come il modello Maxwell e il modello CLL e anche i loro risultati vengono confrontati.