热传递

热传递是不同温度下介质之间热能的交换。热量从温度高的位置传递到温度低的位置，以达到平衡状态。热传递的三个主要机制是：传导、对流和辐射。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中，可以计算流体（单组分或多组分）内、不同流体束之间、流体和固体之间以及固体内的热传递。流体和相邻固体中的耦合热传递被称为共轭传热。对于共轭传热分析，使用流体/固体交界面处的有效隐式热耦合在整个流体和固体求解域中求解能量方程。所有其他守恒方程仅在流体内进行求解。

流体中的能量方程

Simcenter STAR-CCM+ 采用以下积分形式实现能量方程：

\frac{\partial}{\partial t} \int_{V} ρ E d V + \oint_{A} ρ H v \cdot d a = - \underset{Conduction}{\underset{︸}{\oint_{A}^{} \dot{q} ″ \cdot d a}} + \underset{Viscous Work}{\underset{︸}{\oint_{A}^{} T \cdot v d a}} + \int_{V} f_{b} \cdot v d V + \oint_{A}^{} \sum_{i}^{} h_{i} J_{i} d a + \int_{V} S_{u} d V

(1642)

其中：

$E$ 为总能量。
$H$ 为总焓。
$\dot{q} ″$ 为热通量矢量。
$T$ 为粘性应力张量。
$v$ 为速度矢量。
$f_{b}$ 为表示旋转、重力和风扇模式的组合体积力的体积力矢量。
$h_{i}$ 为分量 $i$ 的焓。
$J_{i}$ 为分量 $i$ 的扩散通量。
$S_{u}$ 为用户指定的源项。

总能量通过以下公式与总焓 H 相关：

E = H - p / ρ

(1643)

其中：

H = h + {| v |}^{2} / 2

(1644)

$h$ 为静焓。

焓作为一种状态属性，只取决于系统的当前状态，如温度、压力和成分，而不受系统达到该状态的方式的影响。由于分子结构、相变和相互作用的范围很广，没有一个单一的状态方程 (EOS) 可以描述所有物质在各种条件下的焓和热力学性质。

Simcenter STAR-CCM+ 提供了多个 EOS 模型，每个模型都针对不同的材料和具体情况假设而设计。静焓

h

用热化学焓表示，定义如下：

h = e + \frac{p}{ρ} + h_{0}

(1645)

其中：

$e$ 为特定内能量。
$p$ 为压力。
$ρ$ 为密度。
$h_{0}$ 为生成热。标准生成热是在标准条件（通常为温度 298.15 K 和压力 1 atm）下由纯元素形成 1 摩尔物质时所释放或吸收的热量。

在多组分和多相系统中，混合物生成热是各组分质量加权生成热的总和：

h_{0} = \sum_{i} Y_{i} h_{0, i}

(1646)

其中， $Y_{i}$ 是混合物组分 i 的质量分数。在没有相内或相间质量传递的情况下，例如在化学反应或相变过程中，通常会忽略生成热。

固体中的能量方程

固体中能量传输的控制方程如下所示：

\frac{d}{d t} \int_{V} ρ C_{p} T d V + \oint_{A} ρ C_{p} T v_{s} \cdot d a = - \oint_{A} \dot{q} ″ \cdot d a + \int_{V} S_{u} d V

(1647)

其中：

$ρ$ 为固体密度。
$C_{p}$ 是比热。
$T$ 为温度。
$\dot{q} ″$ 为热通量矢量。
$v_{s}$ 为固体对流速度（仅当区域为纯旋转体时才适用）。
$S_{u}$ 为固体中的用户自定义体积热源。

Simcenter STAR-CCM+ 使用有限体积法（分离固体能量和耦合固体能量模型）或有限元方法（有限元固体能量模型）求解 Eqn. (1647)。有限元实现不包括 Eqn. (1647) 左侧的第二项。