等离子体弧建模
当等离子体被描述为局部化学平衡 (LCE) 等离子体时，背景气体和等离子体的成分、温度和压力相同。由于电子具有与背景气体相同的热能、成分和压力，因此假设存在平衡。通过假设已知气体属性的平衡，可以使用这些表格化的材料属性在 Simcenter STAR-CCM+ 中定义等离子体。局部热平衡 (LTE) 等离子体描述了一种体内电子的热能与背景气体相同的等离子体。
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对于在其中对等离子体建模的流体区域，编辑 [物理连续体]，确保激活自动选择推荐模型，并选择以下模型：
组合框 模型 空间 轴对称、三维或二维 时间 任何隐式 材料 - 要对单组分气体等离子体建模，包括温度低于 25,000K 的空气等离子体，需要选择气体。
- 要对多组分气体等离子体建模，需要选择多组分气体。
- 要对焊接应用建模，选择多相。
反应期（选择“多组分气体”时） 非反应 流体（选择“气体”或“多组分气体”时） 耦合流体适用于大多数等离子体弧设置。 如果选择了多组分气体，会自动选择耦合组分模型。
多相流模型（选择“多相流”时） 流体体积 (VOF) 多相状态方程（自动选择）
分离流（自动选择）
启用模型 梯度（自动选择） 状态方程（选择“气体”或“多组分气体”时） - 如果选择了气体：
- 要对温度低于 25,000K 的空气等离子体建模，选择实际气体，然后选择平衡空气模型。
- 对于其他所有应用，选择用户自定义的 EOS。
- 如果选择了多组分气体，选择用户自定义的 EOS。
可选模型 电磁 电磁 电动势 可选模型 磁矢势 双向耦合磁流体动力 粘滞态 任何（尽管当对等离子体弧设置建模时湍流是最合适的选择）。 启用模型 雷诺平均纳维-斯托克斯（自动选择） 雷诺平均湍流 任何（尽管当对等离子体弧设置建模时 K-Epsilon 湍流是最合适的选择）。 启用模型 可实现的 K-Epsilon 两层模型（自动选择） 壁面距离（自动选择） 两层全 y+ 壁面处理（自动选择） 可选模型 辐射 辐射 参与介质辐射 (DOM) 辐射光谱（参与） 任何 可选模型 电阻加热 准非稳态损耗 注 当选择用户自定义的 EOS 模型时，假设等离子体/气体不可压缩 – 仅依赖于温度。这种假设对低于 0.7 马赫的流体速度有效。对于高于 0.7 马赫的流体速度，选择“用户自定义的 EOS”模型节点并激活“可压缩”属性。然后，使用温度压力相关表填充材料属性。请参见使用表 (T,P)。 - 选择节点，然后将限制器法设为 MinMod。
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如果使用气体或多组分气体模型，选择气体或多组分气体节点，然后：
- 对于每种气体成分，展开节点，并设置其属性。在可能的情况下，使用表 (T, P) 方法导入表格化的材料属性数据。有关导入表格数据的详细信息，请参见表和使用表 (T, P)。
- 如果使用多相流模型，则设置相，并定义任何相间相互作用。请参见定义欧拉相和定义相间相互作用。
在等离子体弧模拟中，电阻加热能量模型对等离子体加热。但是，如果在室温下强迫电流通过绝缘气体，则会由于大规模电阻加热而导致数值不稳定。
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要避免不稳定，则可以：
- 使用导致导电率足够大 (1 S/m - 100 S/m) 的足够高的温度来初始化等离子体弧，或者
- 通过为导电率约束选项指定最小值，设置人工导热率。
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指定以下节点的条件和相应值：
由于等离子体模拟为非线性，一些求解器需要较小的亚松弛因子。
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展开求解器节点，并检查每个求解器的属性是否适合于正在建模的应用。使用以下值作为对大多数等离子体弧模拟类型建模的准则：
如果使用耦合流体求解器，还可以使用专家驱动程序来进一步提高模拟的稳定性。
节点 属性 值 [耦合流体] 库朗数 0.5 – 2.0 电势 亚松弛因子 0.3 – 0.9 磁矢势 亚松弛因子 0.4 -
设置任何所需的监视器、绘图和场景。
例如，可以监视：
- 温度
- 速度
- 选择节点，并设置最大步数。
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要改进收敛，可以调整时间步长和内部迭代数以适合正在建模的应用。
- 选择节点，并设置时间步。增大不可压缩流体的值，减小超音速流体的值。
- 选择节点，然后设置最大内部迭代。对于非稳态模拟，将最大内部迭代增大为介于 24 到 96 之间的值。
- 运行模拟。