流态

流体问题可分为四个基于克努森数的常规流态。

这些限制并非精确值，而是经验法则：

K n < 0.01 连续体（在 Simcenter STAR-CCM+ 中有效）
0.01 < K n < 0.1 滑移流
0.1 < K n < 3 转换流
K n > 3 自由分子流

在纳维-斯托克斯方程有效的连续体流态中，可以使用 Simcenter STAR-CCM+。

在滑移流态中，纳维-斯托克斯方程可生成良好的结果。但是，必须通过滑移速度边界条件考虑稀疏效应，并考虑到表面上的温度跃变。

转换流的求解需要使用统计方法，例如，直接模拟蒙特·卡罗法。在自由分子流态中，流体足够稀薄，从而可忽略分子碰撞。纳维-斯托克斯方程中的连续体假设不适用于这些稀薄气体流态。

对于高雷诺数，克努森数为：

图 1. EQUATION_DISPLAY
K n = M R e γ π 2
(178)

其中：

  • M 为马赫数。
  • γ 为比热比。
  • R e 为雷诺数，取决于体 L 的特征长度。

马赫数流态

对于 Simcenter STAR-CCM+ 可支持的流体，马赫数流态和要使用的适当模型将随气体和上游温度及压力而变化。但对于空气，可使用以下一般准则：

马赫数 流态 建模
M<3 发热的理想气体 理想气体

恒定比热
3 < M < 8 热完全气体 理想气体

使用多项式 (T) 或表，Cp(T) 的比热

8 < M < 30 离解 实际气体模型和/或化学反应流体
M > 30 电离 需要使用纳维-斯托克斯方程与 Maxwell 方程一起求解。在 Simcenter STAR-CCM+ 中并非固有支持。