轴对称流

对于在几何与流条件下按中心轴对称的流体流,Simcenter STAR-CCM+ 可以在 2D 求解域中对该流进行建模。

质量和能量的守恒方程分别由 Eqn. (664)Eqn. (666) 给出。动量的守恒方程根据是否涉及旋流来定义:

无旋流动量方程
对于无旋流动量方程,Simcenter STAR-CCM+ 假设圆周速度和圆周梯度为零。
下图显示无旋流轴对称流的示例:


圆柱坐标中动量守恒方程的定义如下:
1. EQUATION_TITLE
t A ρ v r d A + A ρ v v r d s  = A p I r d s + A T r d s + A 1 r [ 0 p τ θ θ 0 ] r d A + A f b d A + A s u d A
(667)

且:

  • A 为面积。
  • A A 的轮廓。
  • I 为单位矩阵。
  • v = ( v z v r v θ ) T
  • v θ = 0 θ (   ) = 0

T 为应力张量,定义为:

T = μ [ 2 v z z - 2 3 ∇⋅ v v z r + v r z 0 v z r + v r z 2 v r r - 2 3 ∇⋅ v 0 0 0 2 v r r - 2 3 ∇⋅ v ]

有旋流动量方程
轴对称旋流模型将打旋或旋转流的预测加入 2D 轴对称流模拟中。如果轴对称流包括来自入口(如风扇交界面或旋转壁面)的旋流,则可以使用该模型。

下图显示具有旋流的轴对称流的示例:



假设流显示圆周速度但没有圆周梯度,则该模型求解圆柱坐标中的动量守恒公式如下:

2. EQUATION_TITLE
t A ρ v r d A + A ρ v v r d s  = A p I r d s + A T r d s + A 1 r [ 0 p + ρ v θ 2 τ θ θ ρ v r v θ + τ θ r ] r d A + A f b d A + A s u d A
(668)

且:

  • v θ 0 θ (   ) = 0

应力张量 T 定义为:

T = μ [ 2 v z z - 2 3 ∇⋅ v v z r + v r z v θ z v z r + v r z 2 v r r - 2 3 ∇⋅ v v θ r - v θ r v θ z v θ r - v θ r 2 v r r - 2 3 ∇⋅ v ]