多孔挡板交界面

多孔挡板在物理意义上表示流体流经时会产生压降的多孔膜。

在挡板不渗透部分对传导性热传递进行建模。通过多孔挡板的固体部件进行热传递的处理方式与通过面积缩小的固体挡板进行热传递的处理方式相同。因此，来自挡板表面的热传递或通过导热多孔挡板的导热可乘以，其中是孔隙率。 $1 - χ$ $χ$ 多孔挡板模型可用于给多孔板、薄滤网和线滤网建模。

多孔挡板可兼容以下几项：

单相分离流和单相耦合流体。
欧拉多相流 (EMP) 模型。流体体积 (VOF) 和混合多相流 (MMP) 模型只能兼容基于剪切的多孔挡板。
K-Epsilon、K-Omega 和 RSM 湍流模型。

多孔挡板模型的应用包括整流设备和三相分离器。

以下示例为单相流体的示例。用于多相流体中的多孔挡板除了没有物理值 > 孔隙率节点以外，其他均相同。

在属于同一流体连续体的区域之间使用此交界面类型。
调试时最好报告交界面边界上的质量流率和压力。对交界面进行报告比在附近创建衍生部件更有代表性。
对于使用 VOF 模型的多相流，多孔挡板交界面在密度不同的多相流预期流经的位置处具有共形（即匹配）网格。若不遵照此要求，则可能出现收敛问题。
请记住挡板为“结块状”模型；给挡板建模时，应确定挡板对流量的总体影响（如压降）而不是微小细节。若要计算从挡板旁小开口流出的流量，建造带有这些小开口的实际几何和精细网格模型。若只对挡板下游的总体影响感兴趣，可在模型中适当使用多孔挡板交界面。

多孔挡板存在以下限制和不兼容性：

除了欧拉多相流 (EMP) 模型以外，所有多相流模型都与基于阻力的多孔挡板不兼容。
Spalart Allmaras 湍流模型与基于阻力的多孔挡板不兼容。
与谐波平衡不兼容。
不能进行过滤建模，因为无法设置特定于相的阻力。阻力可用于多相混合物（而非单独相）。

建模

Simcenter STAR-CCM+ 提供两种形式的多孔挡板。

基于阻力
此挡板处理适用于对开放挡板进行建模，其中流体主要位于表面的法向，如在烤架和滤网中所见。
对于湍流，此选项在挡板中孔的特性长度类似于湍流长度尺度时适用。
基于剪切应力
这种挡板处理有时被称为壁状或基于壁面的多孔挡板，最适用于流体主要与挡板相切的应用。当多孔挡板交界面两侧的速度不同时，此选项也适用。
对于湍流，如果湍流具有在挡板处大幅减少的尺度，则此选项适用。

Simcenter STAR-CCM+ 为多孔挡板建模如下：

挡板的厚度为无限小。
若将多孔挡板视为多孔表面，则各孔的总面积与表面面积之比称为孔隙率。 $χ$ 线滤网的值较大，而开孔板等实体的孔隙率则较小。 $χ$
每个交界面的方向均从面 0 到面 1。创建交界面时，先选择面 0，然后再选择面 1。对于多孔挡板交界面，上游为侧面 0。因此，若面的选择顺序不正确，压力跃变的符号将会反转。
挡板处的湍流产生取决于孔径与特性湍流尺度的比率。如果挡板孔远小于湍流尺度，则挡板的行为类似于壁面，因此基于剪切应力的挡板适用。如果挡板孔较大，则湍流涡可以穿透挡板（其结构类似于烤架，而非多孔板），因此基于阻力的挡板适用。
对于基于剪切的多孔挡板，粘性剪切应力与交界面处的剪切应力（假设其为固体壁面）近似相同。孔隙率仅用于多孔挡板表面的热和质量传递计算，不用于流体计算。 $χ$

对于基于阻力的多孔挡板，粘性应力取决于切向阻力系数。
对于热传递分析，多孔挡板提供有限热阻。导热被建模为一维流程且热惯性被忽略。可为热传递指定单位面积热阻。 $R$ 整个接触交界面的热通量 $\dot{q} "$ 与温度差 $Δ T$ 之间的关系由 Eqn. (1648) 给出。使用 Eqn. (23) 估算热阻。
整个多孔挡板的总传热量因流体中的对流和扩散以及挡板的导热而被计算为热传递的线性组合。孔隙率 $χ$ 提供了线性加权因子。
假定通过挡板时流向不变。

设置多孔挡板

要设置多孔挡板：

将交界面类型属性设为多孔挡板交界面。
在交界面的“物理条件”中，指定多孔挡板处理方法：
- 基于阻力
- 基于剪切应力
请参见多孔挡板物理条件。
指定相应的物理值。
对于基于阻力的多孔挡板，法向阻力和切向阻力都会应用于挡板。设置下列参数：
- 多孔惯性阻力
- 多孔惯性切向阻力
- 多孔粘性阻力
- 多孔粘性切向阻力
对于基于剪切应力的多孔挡板，仅对挡板应用法向阻力。
- 多孔惯性阻力
- 多孔粘性阻力
请参见多孔挡板物理值。
对于基于阻力的多孔挡板，如果激活了物理连续体中的湍流模型，则还可指定以下参数：
- 湍流强度
- 湍流长度尺度
  湍流长度尺度与挡板本身的特性几何尺度（例如穿孔直径）相关。
多孔挡板中的湍流指定并非边界条件，而是一种源，这与颗粒引发的湍流相同。它可被视为颗粒引发的湍流，其中这些颗粒是挡板的固定组分。

请参见多孔挡板物理值。
可在多孔挡板表面上指定任何切向速度。
例如，如果挡板正在旋转，则必须执行此步骤。
对于基于电阻多孔挡板，挡板两侧的流速相同。可在挡板上游侧指定流速。对于基于剪切应力的多孔挡板，可在多孔挡板的各侧指定不同流速。
可在交界面每一侧的区域 > [区域] > 边界 > [交界面边界] > 物理条件 > 切向速度指定节点中设置相应的值。

多孔挡板属性

可使用下列属性调整多孔挡板交界面节点的指定。

几何

指定几何源选项：

边界：交接面是边界模式交界面，通过选择两个边界进行创建。
接触交接面是接触模式交界面，直接通过部件接触进行定义。

边界-0

表示交界面的“固定”侧（只读）。

边界-1

表示交界面的“自适应”侧（只读）。

边界 1 中的节点将投影到边界 0 上。可以通过右键单击操作反转方向来交换方向。

联系人

显示部件表面接触。当几何属性为接触时，它显示部件表面接触。几何属性为边界时，它不显示值。

类型

定义交界面类型。必须设为多孔挡板交界面。

拓扑

定义交界面之间的连接类型：

原位 - 使用原位拓扑。
周期 - 使用周期拓扑。
重复 - 使用重复拓扑。

连接

定义交界面两侧的边界如何连接。多孔挡板交界面具有压印连接类型。压印连接类型表示交界面处于使用有限体积法离散化的区域内。压印过程将创建相交面。

允许每个接触值

用于为每个接触单独定义交界面容差。激活子属性根据部件子分组指定。

注	此属性仅适用于接触模式边界交界面。另请参见：接触模式边界交界面。

闭合相邻网格单元

通过沿公共边修复交界面和侧面之间的网格单元连接创建严密相交。

使用此选项时，基于拓扑的交叉点会添加额外的边来消除两侧之间的间隙，从而减少物理量的寄生振荡。

仅当交界面管理器节点的直接交叉点设为基于拓扑并且交界面的连接为压印时，此属性才可用。

相对运动时重置

激活时，如果两侧之间存在任何相对运动，将重置交界面。
停用时，如果两侧之间的相对运动超出基于最小边长的相对容差时，将重置交界面。

注	仅当交界面的连接为压印时，此属性才可用。

多孔挡板物理条件

挡板热选项

仅当激活物理连续体中的能量模型时，此选项才可用。

非导热
导热

请参见挡板交界面。

能量源选项

仅在挡板热选项设为导热时，此选项才可用。

无
热通量
仅定义挡板固体部件的热通量，因此与成比例。 $1 - χ$
热源
定义整个挡板的热源，因此不取决于孔隙率。 $χ$

请参见挡板交界面。

多孔挡板处理

基于阻力
此挡板处理适用于对开放挡板进行建模，其中流体主要位于表面的法向，如在烤架和滤网中所见。
法向阻力和切向阻力都应用于挡板：可指定多孔惯性阻力、多孔粘性阻力、多孔惯性切向阻力和多孔粘性切向阻力。
切向阻力被视为均质。由于阻力被应用于多相流体（而非单独应用于每一相），因此多孔挡板不适用于过滤类型的应用。
如果湍流模型在物理连续体中激活，则还可指定湍流强度和湍流长度尺度。
多孔挡板两侧的流速相同。可指定多孔挡板上游侧的流速（在区域 > [区域] > 边界 > [交界面边界] > 物理条件 > 切向速度指定节点中）。
请参见交界面边界上的非对称值。
基于剪切应力
这种挡板处理有时被称为壁状或基于壁面的多孔挡板，最适用于流体主要与挡板相切的应用。
仅向挡板应用法向阻力：可指定多孔惯性阻力和多孔粘性阻力。可使用标准壁面处理来解释切向曳力。
可指定多孔挡板各侧的不同流速（在区域 > [区域] > 边界 > [交界面边界] > 物理条件 > 切向速度指定节点中）。

多孔挡板物理值

相交

可用于所有直接交界面，用于控制相交容差。多孔挡板交界面的可用属性为：

根据部件子分组指定: 指定接触模式边界交界面的子分组，以设置独立的相交属性。另请参见接触模式边界交界面和调整交界面相交容差（基于几何的方法）。

剩余属性取决于直接交叉点属性的设置。此属性是对交界面节点设置的（请参见交界面属性）：

基于几何（原有）

此直接交叉点选项用于激活：

几何容差：根据每个节点周围的最小局部边长的一部分，指定自适应节点到固定侧的最大投影距离。有关更多详细信息，请参考调整交界面相交容差（基于几何的方法）。

连接为“压印”的基于拓扑

匹配外边界：激活时，表示交界面边界预计在大尺度拓扑特征上完全重叠。仅当要求交界面的两个边界完全匹配时才可激活此选项。
默认情况下，此属性处于停用状态。
投影容差：最大正交投影距离，以局部元素直径的一部分表示。对自适应侧的节点如何投影到固定侧施加限制。如果两个交界面边界相隔更大的距离，则可以增大投影容差值以获得更少的剩余面。
默认情况下，容差设为 0.2。
角度阈值：最大角度（度），以供交叉点标识从自适应侧映射到固定侧的大尺度特征。要保留较尖锐的特征，指定较小的角度阈值。如果边界网格存在伪缺陷，则可以指定较大的值。
默认情况下，值设为 45 度。

热通量

仅当能量源选项设为热通量时，此选项才可用。与成比例。 $1 - χ$

请参见挡板交界面。

热源

仅当能量源选项设为热源时，此选项才可用。与整个挡板面积成比例，而不取决于。 $χ$

请参见挡板交界面。

孔隙率

仅适用于单相流体。

Eqn. (1859) 中的因子 $χ$ ，用于计算热传递，并可选择用于计算粘性剪切。此值范围为 0 到 1。若将多孔挡板视为多孔表面，则 $χ$ 可理解为孔面积与表面面积之比。

多孔惯性阻力

对于单相流体，取 Eqn. (1858) 中的系数 $P_{i}$ 的值。对于多相流体，取同一系数的法向值。

此值可为正数或 0。默认值为 0。

多孔惯性切向阻力

系数 $α_{m}$ 的切向值（请参见 Eqn. (1870)）。

仅当多孔挡板处理设为基于阻力时，此选项才可用。

多孔粘性阻力

对于单相流体，取 Eqn. (1858) 中的系数 $P_{v}$ 的值。对于多相流体，取同一系数的法向值。

此值可为正数或 0。默认值为 0。

多孔粘性切向阻力

系数 $β_{m}$ 的切向值（请参见 Eqn. (1870)）。

仅当多孔挡板处理设为基于阻力时，此选项才可用。

热阻

仅在挡板热选项设为导热时，此选项才可用。

请参见挡板交界面。

湍流强度

仅当多孔挡板处理设为基于阻力且湍流模型在物理连续体中激活时，此选项才可用。

湍流长度尺度

湍流长度尺度与挡板本身的特性几何尺度（例如穿孔直径或管道间距）相关。

仅当多孔挡板处理设为基于阻力且湍流模型在物理连续体中激活时，此选项才可用。