静电建模

以下步骤显示如何对静态或准静态电荷分布引发的电场建模。

在静电应用中，Simcenter STAR-CCM+ 求解 Eqn. (4345) 以获得电势，然后计算关联的电场 E 和电通量密度 D 。

  1. 设置物理连续体之前，准备适用于分析的所需几何、区域、交界面和网格。
    有关这些常规操作的信息，请参见常规模拟过程。
    对静电导体建模时，不需要为导体生成网格。导体在其体中抵消了电场，因此在这些区域中没有可求解的内容。
  2. 创建物理连续体，并将它们分配给相关区域。
  3. 在要进行静电建模的每个物理连续体中，包括以下模型：
    组合框 物理模型
    空间 三维、二维或轴对称。
    时间
    • 要运行电荷密度不依赖于时间的静态分析，激活稳态模型。
    • 要对时间相关的电荷分布建模，激活隐式非稳态模型。由于 Eqn. (4345) 不包含任何瞬态项，分析仍为静态。在每个时间步，Simcenter STAR-CCM+ 计算在该时间步定义的电荷密度所致的电势。
    材料 选择相关的材料模型。
    可选模型 电磁
    电磁 静电势
    如果相关，可以使用静电势模型以及下列模型：
  4. 展开 [物理连续体] > 模型 > [材料模型] > [材料] > 材料属性节点。
  5. 指定材料的介电常数。
    有关可用方法的详细信息，请参见材料属性。

    当使用张量分布的任何方法（各向异性、正交各向异性或横向各向同性）时，可使用区域 > [区域] > 物理值 > 介电常数方向节点，在区域级别指定张量的局部方向（请参见材料属性）。

默认情况下，区域中的电荷密度 ρ 设为零。要定义区域的电荷密度：
  1. 展开相关区域 > [区域] > 物理条件节点。
  2. 选择电荷密度源节点，并激活电荷密度用户源。
  3. 选择物理值 > 电荷密度用户源节点，并将 ρ 指定为标量分布。
  4. 如果 ρ 为电势的非线性函数，可以通过设置电荷密度源电势导数指定非线性关系。这通常可以改善电势求解器的收敛。
在域边界，指定电势或其法向导数。要定义边界条件：
  1. 展开相关区域 > [区域] > 边界 > [边界] > 物理条件节点。
  2. 选择电势指定节点，然后将方法设为以下任一项：
    • 单位电通量
    • 电通量
    • 电通量密度
    • 电势
    • 浮动电势
  3. 展开边界物理值节点，并指定相关值节点下的边界值。
  4. 如果将电势指定设为电通量，则选择电通量分布节点，然后选择假设来确定空间分布。
    空间分布的选择取决于要建模的情况。例如，如果要使用导电电极传递电荷，可以使用均匀电势假设。
要对气体与介电（非导电）材料之间的交界面建模，需要指定交界面处的表面电荷密度。应用示例包括离子风和电容耦合等离子体（请参见离子组分通量建模和冷（低温）等离子体建模）。

要指定接触交界面处的表面电荷密度：

  1. 展开相关交界面 > [交界面] > 物理条件节点。
  2. 选择表面电荷选项节点，并将方法设为表面电荷密度。
  3. 选择物理值 > 表面电荷密度节点，并指定适当的表面电荷密度分布。
    还可以使用电通量源选项节点设置交界面处的单位电通量或总电通量值。