出口

出口边界表示不发生回流的流出条件。在计算域中流体仅朝外的位置处应用出口边界。因此,流出条件不预先指定,但它们由出口边界的上游确定。可以在计算域中放置多个出口边界。

从与出口边界相邻的网格单元推算得出值,即可获得出口边界上的变量分布。理想情况下,流体与推算得出的流向对齐并保持不变。因此,在定位出口边界时必须小心。建议放置满足此假设的出口边界条件,即:具有充分发展流分布。

除了推算过程之外,还要执行第二个计算步骤才能确定处出口处的质量流量。Simcenter STAR-CCM+ 提供以下选项用于设置质量流量:
  • 分流比 - 应用在各自出口边界流出的总流量的分数。然后,Simcenter STAR-CCM+ 计算这些边界处的质量流量,以满足总体连续性。
  • 质量流率 - 显式定义出口边界处的质量流率。
  • 校正的质量流率 - 显式定义出口边界处的校正的质量流率。
无论哪种方式,都会校正速度以获得通过出口边界的正确质量流量。

如果遇到再循环通过出口边界(即,流入域中),可能会出现问题。再循环通过出口边界会导致收敛问题,或者可能使获得的求解不精确。Simcenter STAR-CCM+ 会检测再循环通过出口边界并相应地校正质量通量。如果在不满足出口边界条件应用假设的情况下仍然得到了结果,建议检查结果是否有效。或者,可以更改边界条件的位置,例如,通过拉伸网格或使用压力出口边界条件更为合适。

出口边界条件适用于不可压缩和(亚音速)可压缩流,但不适用于跨音速和超音速流,除了耦合求解器中使用的校正的质量流率选项。此外,存在以下限制:

  • 不要将具有分流比的出口边界(已计算质量通量)与压力出口或滞止入口边界条件结合使用。否则,无法确定流体。
  • 将以质量流率校正的质量流率指定质量流量的出口边界与至少一个其他压力类型的边界(如具有分流比或压力出口的出口边界)或滞止入口进行组合。
  • 请不要在同一模拟中混合使用分流比边界和质量流率边界。

边界输入

对于出口边界,指定以下变量:
输入 不可压缩状态方程 可压缩状态方程
对于分流比
  • 分流比 f i , s p e c
对于质量流率
  • 质量流率 m ˙ i , s p e c

计算值

对于出口边界,Simcenter STAR-CCM+ 在边界面处计算以下值:
  • 速度 v
  • 静压 Ps
  • 静态温度 Ts

不可压缩和可压缩状态方程

出口边界处速度的面值计算如下:

1. EQUATION_DISPLAY
v=vext+xiρn
(823)

其中:

  • ext 指示该值从相邻网格单元推算得出。
  • ρ 为在边界面处计算的密度。
  • n=a/|a| a 为向外面网格面积矢量。

x i 为根据质量流率选项为出口边界计算得出的边界质量通量校正因子:

分流比
对于指定的分流比,边界质量通量校正因子计算如下:
2. EQUATION_DISPLAY
xi=-fi,specj=1n outletsfj,spec    (m˙in-m˙i,out*)outlet i faces|a|
(824)

m˙in 为总入口流,定义为:

3. EQUATION_DISPLAY
m˙in=non-outlet facesρ(va)
(825)

m˙i,out 为通过出口边界 i 的出口质量流率,计算如下:

4. EQUATION_DISPLAY
m˙i,out=outlet i facesρmax(vexta,0)
(826)
质量流率
对于质量流率,边界质量-通量校正因子计算如下:
5. EQUATION_DISPLAY
x i = ( m ˙ i , s p e c m ˙ i , t o t a l ) outlet  i  faces | a |
(827)

m˙i,total 为通过出口边界 i 的总质量流率,计算如下:

6. EQUATION_DISPLAY
m ˙ i , t o t a l = outlet  i  faces ρ ( v e x t a )
(828)
校正的质量流率
对于校正的质量流率,边界质量-通量校正因子计算如下:
7. EQUATION_DISPLAY
x i = m ˙ i , calc m ˙ i , total outlet i face | a |
(829)

其中 m ˙ i , total Eqn. (828) 给出的通过出口边界的总质量流率,而 m ˙ i , calc 是根据用户指定的校正的质量流率 m ˙ i , spec 计算得出的通过出口边界 i 的所需总质量流率,如下:

8. EQUATION_DISPLAY
m ˙ i , calc = m ˙ i , spec P t , outlet / P ref T t , outlet / T ref
(830)

其中:

  • P t , outlet T t , outlet 是出口边界 i 处总绝对压力和温度的平均质量流。
  • P ref T ref 是用户指定的参考绝对压力和温度。

在出口边界 i P t , outlet T t , outlet 存在的任何反流都会计算为区域平均数量。

静压和静态温度的边界面值从相邻网格单元推算得出:

9. EQUATION_DISPLAY
Ps=Psext
(831)
10. EQUATION_DISPLAY
Ts=Tsext
(832)