流体边界参考
Simcenter STAR-CCM+ 提供了一系列边界条件,可用来描述流体在接触或穿过求解域边界时的行为。
单击任何链接可查看每种类型可用的条件和值节点。
速度入口
- 速度指定
- 控制如何定义边界上的速度。
- 流向指定
- 相对流向指定
- 控制如何定义流向。相关时,这些物理量将在应用于边界的参考坐标系中设置。
- 参考坐标系指定
- 用于指定与边界相关的参考坐标系。
根据边界类型,相对于指定参考坐标系定义以下一个或多个属性:
- 流向指定
- 速度
- 速度幅值
- 流向指定
- 总压力
- 总温
- 切向速度指定
质量流量入口
设置质量流率时,Simcenter STAR-CCM+ 使用 来根据质量流率确定速度。
- 对于恒密度流,两种方法相同。
- 对于可变密度流,如果已指定质量流量,则密度更改时,速度也随之更改。如果已指定速度,则密度更改时,质量流量也随之更改。
- 流出超过流入(例如,某一入口为 +1 kg/s,另一入口为 -2 kg/s);此条件将导致质量流量边界尝试抽出的质量超过可用的质量。
- 边界附近的流量远超过马赫 0.2。
- 流量被阻塞。
在多相模拟中,质量流量入口可用于指定每相质量流率或每相质量通量。
- 超音速静压
- 设置应用超音速条件时入口边界的上游静压。Simcenter STAR-CCM+ 会结合使用此值和总压力来计算进入模拟的流体的速度。
- 质量流量选项
-
指定选项 对应值节点 质量通量 - 质量通量
- 相对质量通量
- 每单位面积的质量流率的标量。
可以使用函数或表来指定整个入口中的空间变化。有关更多信息,请参见理论指南中的质量流量入口。
质量流率 - 质量流率
- 相对质量流率
- 指定出口边界处的质量流率。Eqn. (827) 中的
。
质量流率表示整个边界每单位时间的总质量 ( )。可以使用场函数和表来描述与迭代或时间步的依赖性,但整个边界的质量流率不能在空间上发生变化。
如理论指南中的质量流量入口中所述,总质量流量分布在部件的所有面上。
可以为多相流体指定反流(负质量流率)。但是,使用此选项时务必小心。
滞止入口
对于此边界类型,始终设置计算域的上游总压力。
- 总压力
- 标量分布值。
- 超音速静压
- 设置应用超音速条件时入口边界的上游静压。Simcenter STAR-CCM+ 会结合使用此值和总压力来计算进入模拟的流体的速度。
- 滞止入口选项
-
选项 对应值节点 无 无。 非反射 (CF) 防止在稳态模拟、可压缩性模拟和非等温模拟中将求解的虚假数值反射到求解域。
- 非反射模式指定
- 指定要保留的模式数。指定的模式数需小于圆周方向上的网格单元数。
压力跃变 添加条件节点压力跃变选项。
无。
- 压力跃变选项
-
选项 对应值节点 无 无。 风扇 压力上升可从风扇曲线中获得。在滞止入口边界,压力上升将应用于进入域的方向。在压力出口边界,压力上升将应用于流出域的方向。
选择此选项将添加条件节点风扇曲线类型。
风扇值节点受风扇曲线类型控制。 多孔 压力损失计算为 ,其中 是多孔惯性阻力, 是多孔粘性阻力。压力损失始终应用于流向。
- 多孔惯性阻力
- 的标量分布值。
- 多孔粘性阻力
- 的标量分布值。
损耗系数 压力损失计算为 ,其中 是压力损失系数。压力损失始终应用于流向。
- 压力损失系数
- 的标量分布输入。
- 风扇曲线类型
-
曲线类型 对应值节点 表 - 风扇曲线表
- 风扇曲线表将压力上升定义为四个可能输入变量的函数。接受的输入变量(可使用方法选择)如下:
- 局部速度
- 质量平均速度
- 体积流率
- 质量流率
- 风扇详细说明
- 当详细说明为打开时,Simcenter STAR-CCM+ 将输出有关风扇模型行为的详细信息。
多项式 - 风扇曲线多项式
- 利用以下某一变量(可使用方法选择),可将风扇压力上升作为多项式建模:
- 局部速度
- 质量平均速度
- 体积流率
- 质量流率
- 参考坐标系指定
- 与速度入口一样,但额外提供以下属性:
- 流向指定
- 相对流向指定
- 与速度入口相同。
自由流
- 自由流选项
- 选择相应的选项作为 节点的属性。
- 大气类型选项
- 对于大气流动,指定 Simcenter STAR-CCM+ 通过高度计算自由流压力和温度所使用的方法:
选项 对应值节点 标准 使用“1976 美国标准大气”作为地球大气模型。
无。 用户表 使用用户自己导入的表。确保先导入
节点内的表。- 大气表
- 使用此节点可配置用户自己导入的表,Simcenter STAR-CCM+ 将从此表中提取自由流压力和温度。将表设为导入的表。将相关表列与表:高度、表:P 和表:T 匹配。使用单位:高度、单位:P 和单位:T 设置相应的单位。
- 流向指定
- 相对流向指定
- 与速度入口相同。
压力出口
对于除“平均压力”选项以外的所有选项,指定通过出口的压力。
- 压力
- 使用标准标量分布法指定工作压力。对于涡轮机模拟,径向平衡方法可用。径向平衡压力边界条件适用于强旋转流,其中,旋转产生的离心力因径向压力梯度力而得到平衡。径向平衡方法与除平均压力之外的所有压力出口选项兼容。有关更多信息,请参见径向平衡。
- 回流指定
- 设置 Simcenter STAR-CCM+ 计算任何通过流出边界进入模拟的流的方向所使用的方法。对于某些方法,还必须设置关联的参考坐标系指定。
- 压力出口选项
- 提供一系列选项以约束流出边界上的压力。
- 压力跃变选项
-
选项 对应值节点 无 无。 风扇 压力上升可从风扇曲线中获得。在滞止入口边界,压力上升将应用于进入域的方向。在压力出口边界,压力上升将应用于流出域的方向。
选择此选项将添加条件节点风扇曲线类型。
风扇值节点受风扇曲线类型控制。 多孔 压力损失计算为 ,其中 是多孔惯性阻力, 是多孔粘性阻力。压力损失始终应用于流向。
- 多孔惯性阻力
- 的标量分布值。
- 多孔粘性阻力
- 的标量分布值。
损耗系数 压力损失计算为 ,其中 是压力损失系数。压力损失始终应用于流向。
- 压力损失系数
- 的标量分布输入。
- 压力跃变亚松弛因子
- 使模拟稳定并改进收敛。
- 风扇曲线类型
-
曲线类型 对应值节点 表 - 风扇曲线表
- 风扇曲线表将压力上升定义为四个可能输入变量的函数。接受的输入变量(可使用方法选择)如下:
- 局部速度
- 质量平均速度
- 体积流率
- 质量流率
- 风扇详细说明
- 当详细说明为打开时,Simcenter STAR-CCM+ 将输出有关风扇模型行为的详细信息。
多项式 - 风扇曲线多项式
- 利用以下某一变量(可使用方法选择),可将风扇压力上升作为多项式建模:
- 局部速度
- 质量平均速度
- 体积流率
- 质量流率
- 参考坐标系指定
- 与速度入口相同。
出口
- 指定质量流量
-
指定质量流量 对应值节点 分流比 - 分流比
- 当一个连续体上存在多个出口边界时,必须指定穿过每个边界的质量流量的分数。如果连续体中只有一个出口边界,则会忽略指定的分数。这是一个简单的值,只有一种方法用于输入数据类型,其值为 0 到 1。
质量流率 求解器在每次迭代时将对此边界上的流率进行校正,确保总流量与指定流率相符。如果使用可压缩求解器,推算得出的密度将用于计算质量流率。
此边界类型可用于与压力出口相同的连续体。但是,需要考虑以下内容:
- 在压力出口可充当入口的情景下,需要注意指定压力条件的方式。在反流情况下,系统将从指定压力中提取动压头,这可能会导致压力出口上的压力分布不正确。
- 如果使用场函数指定质量流率,则边界上的平均值将用作指定的质量流率。质量流率必须是单个值,而不是其值沿边界变化的场函数。
- 质量流率
- 相对质量流率
- 指定出口边界处的质量流率。Eqn. (827) 中的
。
质量流率表示整个边界每单位时间的总质量 ( )。可以使用场函数和表来描述与迭代或时间步的依赖性,但整个边界的质量流率不能在空间上发生变化。
如理论指南中的质量流量入口中所述,总质量流量分布在部件的所有面上。
校正的质量流率 在物理连续体中选择能量模型时变为可用。对于涡轮机应用。可用于模拟从阻塞到浪涌的完整压缩机速度线,而无需更改边界类型。
分析压缩机性能时,机器旋转速率保持不变,流出边界速率会变化,以体现通过压缩机的质量流量与出口压力和入口压力之比之间的关系。此曲线称为速度线,此速度线上的每个点对应于单个模拟。
朝向速度线右侧,压缩机出现阻塞,不再有质量流过机器。朝向速度线左侧,压缩机在流体反向通过机器时发生浪涌。校正的质量流率选项可处理与这些奇异点关联的数值难题,适用于模拟速度线上的所有点。
此选项还可用于直接指定从压缩机传递到燃气涡轮发动机燃烧室的校正质量流量。
- 校正的质量流率
- 与质量流率相同,但可用于指定校正的质量流率(Eqn. (830) 中的 )。
- 出口流指定
-
出口流指定 对应值节点 指定的分流比 - 分流比
- 当一个连续体上存在多个出口边界时,必须指定穿过每个边界的质量流量的分数。如果连续体中只有一个出口边界,则会忽略指定的分数。这是一个简单的值,只有一种方法用于输入数据类型,其值为 0 到 1。
指定的质量通量 求解器在每次迭代时将对此边界上的流率进行校正,确保总流量与指定流率相符。如果使用可压缩求解器,推算得出的密度将用于计算质量流率。
此边界类型可用于与压力出口相同的连续体。但是,需要考虑以下内容:
- 在压力出口可充当入口的情景下,需要注意指定压力条件的方式。在反流情况下,系统将从指定压力中提取动压头,这可能会导致压力出口上的压力分布不正确。
- 如果使用场函数指定质量流率,则边界上的平均值将用作指定的质量流率。质量流率必须是单个值,而不是其值沿边界变化的场函数。
- 质量流率
- 相对质量流率
- 指定出口边界处的质量流率。Eqn. (827) 中的
。
质量流率表示整个边界每单位时间的总质量 ( )。可以使用场函数和表来描述与迭代或时间步的依赖性,但整个边界的质量流率不能在空间上发生变化。
如理论指南中的质量流量入口中所述,总质量流量分布在部件的所有面上。
指定的体积通量 - 体积流率
- 体积流率的标量。
体积流率表示整个边界每单位时间的总体积。
不支持反流(负质量流率),因为边界上不能指定体积分数。