表观速度公式
Simcenter STAR-CCM+ 通过在动量方程中引入动量汇,对多孔区域中的压力损失进行建模。Simcenter STAR-CCM+ 将用户指定体积孔隙率包括在非稳态项和有效导热率的计算中。
- 连续性方程
- 控制多孔介质中质量平衡的连续性方程如下: (1840)
其中, 为表观速度, 为流体密度, 为表面积矢量, 为用户自定义质量源或质量汇。
- 动量方程
-
动量方程包含一个额外的源项,其考虑由多孔介质传递的流的阻力。多孔介质阻力是根据表观速度 和多孔阻力张量 定义的:
(1841)
多孔阻力张量包括两个分量:
(1842)
其中, 为粘性(线性), 为惯性(二次)阻力张量。此源项表示产生压降的动量汇。
多孔介质的动量平衡则由以下公式给出:
(1843)
其中, 为包含所有其他体积体力的体力矢量, 为单位矩阵, 为由 Eqn. (1841) 给出的多孔阻力。
- 能量方程
- 多孔介质的能量方程由以下公式给出: (1844)其中, 为总焓,热通量 定义为:(1845)且(1846)
其中, 为多孔介质的有效导热率, 为流体的导热率, 为固体的导热率。
多孔阻力对不可压缩流温度的影响
当模拟通过多孔介质的不可压缩流并求解能量时,温度将与用户指定的多孔阻力成比例发生变化。
考虑以下示例:恒定 (恒定体积时的比热)流体的一维稳态不可压缩流穿过恒定横截面的多孔介质。
质量守恒需要速度 保持恒定。动量守恒将会简化,以便在压力梯度 和多孔阻力 之间保持平衡:
(1847)
能量方程简化为:
(1848)
并且由于总焓为 ,方程变为:
(1849)
因此,通过多孔介质的不可压缩流出现温度升高或降低的情况十分正常。