流体流

许多工程设计项目都要求预测流动流体对其中包含的结构或浸入对象的影响。虽然可以通过人工计算来分析简单情景,但复杂情景要求应用数值方法来得到精确求解。

Simcenter STAR-CCM+ 中,可对以下流类型建模:

无粘性流

无粘性流是通过在模拟运动方程时忽略粘性效应得到的理想化流。

得到的欧拉方程求解(与纳维-斯托克斯方程相反)通常有助于显著节省计算机资源。不会求解边界层和其他粘性效应。此近似仅适用于特定物理状况,如高雷诺数可压缩空气动力学。

粘性流

粘性流通常粘度较高,可以归类为层流或湍流。层流和湍流是自然现象。两种类型都使用纳维-斯托克斯方程描述,该方程考虑了粘度、导热率和质量扩散的效应。

有关更多信息,请参见粘性流

层流

术语层流指有序流,无肉眼可见的非重复波动。当雷诺数(粘性力与惯性力的比值)足够小而不会转换到湍流时,会发生层流。

在计算模拟中,模拟雷诺数过大的层流可能导致数值不稳定。如果要寻求稳态求解,则这些不稳定可能导致无法收敛。因此,层流模拟适用于已知求解问题的雷诺数足够低的情况。

转换流

术语转换指层流由于极小扰动的放大而被分解为湍流。转换流可定义为内含此过程的流。

层流模拟中发生的物理不稳定现象不能作为转换的准确指示。此外,在低雷诺数模拟中使用湍流模型时,无法通过湍流模型本身可靠预测粘性层中湍流的开始。

严格来说,Simcenter STAR-CCM+ 没有预测转换的方法。但是,它提供转换模型,使用它通过抑制某预定义区域中的湍流来模仿转换的效果。

有关详细信息,请参见转换

湍流

处于连续不稳定状态的流,在空间和时间上均表现出不规则、小型且高频率的波动,术语称为湍流。

可以通过求解流的所有尺度来严格地直接模拟湍流(术语称为数值模拟)。当然,实际流体模拟所需的计算机资源过多。因此,必须选择合适的湍流建模方法。

有关详细信息,请参见湍流

由于流出现在多种不同情景中,并根据属性表现出不同的行为,因此 Simcenter STAR-CCM+ 提供了数种流模型,可以满足大部分应用的需求。