充分发展流

通常会在交界面处有跃变的条件下对压力建模，该跃变可补偿流过系统的流向压降。

在存在能量的情况下，如果温度和/或焓的分布在使用适当的缩放比例时变为自相似，则可视为发生充分发展。此时，可使用自相似性关系重新缩放离开域的热场，以便在流入周期边界重新引入它。Simcenter STAR-CCM+ 使用充分发展流选项来完成此重新缩放。由于热场的处理要考虑对流和扩散两种因素，因此比压力处理更复杂。此外，还必须考虑为了出现充分发展条件，需满足的物理模型限制。

哪些情况下会出错？

存在网格问题、可压缩性效应、属性变化以及非连续区域时会出错。

• 网格问题

  除了常规网格加密注意事项之外，必须小心求解流动方向的流，尤其是在有大梯度的壁面法向。无能量的简单充分发展管流在流动方向上通常可以仅使用 3 - 5 个网格单元，而当考虑能量时，就需要较多网格单元。固定壁面温度加热条件就需要满足此要求，因为流在进入域时会迅速升温。建议研究网格加密以确认网格分辨率是否足够。

• 可压缩性效应

  在真正的可压缩流中，粘性耗散会导致流升温。对于绝热壁面，此加热效应会导致流动加速。这种情景被称为“法诺流动”。Simcenter STAR-CCM+ 中的充分发展的能量处理不适用于法诺流动或者具有其他加热条件的可压缩管流。但是，允许使用理想气体定律。如果使用，则马赫数必须足够低，这些效应才不会占据主导地位并导致稳定性问题。

• 属性变化

  对于恒定属性流，最容易证明充分发展管流中的能量相似性求解的存在。但是，允许使用温度相关的流体属性，而且小的属性变化不会对求解造成很大影响。但是，使用可变属性时必须小心，以防影响求解的精度或稳定性。

• 非连续区域

  一般情况下，Simcenter STAR-CCM+ 允许区域为非连续。但是，充分发展的能量的算法必须搜索与交界面连接的所有区域才能计算关联网格单元和边界的影响。因此，建议不要使用非连续区域。如有任何疑问，则对该区域使用“根据非连续分割”函数。

可变加热情况如何？

可导致管内能量充分发展的相似性求解仅限于以下各项：

• 固定壁面热通量
• 固定壁面温度

但是，考虑到 Simcenter STAR-CCM+ 中边界条件的灵活性，不会尝试确保壁面热通量或温度的指定值确实不变。如果指定的边界条件与充分发展交界面处使用的分布数值有偏差，则会出现错误。很明显，错误的严重程度取决于假设的错误程度。

由于能量方程的线性特性允许叠加求解，因此与指定壁面温度情况相比，指定壁面热通量的容错度更高。因此，周期性变化（如正弦波）的壁面热通量最有可能得到较理想的求解。

如何可以验证充分发展的能量适用于特定加热情况？

可导致管内能量充分发展的相似性求解仅限于以下各项：

• 固定壁面热通量
• 恒定属性流中的固定壁面温度

与上述情况的任何偏差都会导致对方法有效性的怀疑。检查充分发展方法是否有效的一种方法是创建简化版的域，并将其手动复制 20 次或更多次。然后，验证速度和热场是否确实是周期性的（使用适当的缩放比例）。此检查的工作量巨大，却是消除残余疑虑必须执行的。

如果充分发展的交界面处发生再循环会怎样？

测试发生再循环流的交界面处的充分发展交界面时已很小心。但是，如果流的流入部分接近离开部分，就可能出现问题。因此，如有可能，最好将交界面放置在不会发生再循环的位置。