质量流量入口

可以使用质量流量入口边界指定边界处的已知质量流率或质量通量(每单位面积的质量流率)。 此边界条件主要用于指定跨边界向内的质量流量,但也用于指定向外的质量流量。 质量流量入口适用于压缩和不可压缩的流态。

边界输入

对于质量流量入口边界,指定以下变量:

输入 不可压缩状态方程 可压缩状态方程
总质量流率 m˙total,spec 或质量通量 m˙spec′′ ✓ ✓
超音速静压 Ps,specsup⁡ ✓
总温 Tt,spec ✓ ✓
流入方向 θspec ✓ ✓

可以将流入方向指定为垂直于边界、单独的角度分量,也可以直接指定为流向角。 相对于流动条件参考坐标系(可以是基准、区域或局部参考坐标系)来指定流动条件。

计算值

对于质量流量入口边界,Simcenter STAR-CCM+ 在边界面处计算以下值:
  • 速度 v
  • 静压 Ps
  • 静态温度 Ts

当指定入口的总质量流率时,Simcenter STAR-CCM+ 将其分布到边界的所有面,并计算边界的每个面上的均匀质量流率:

m˙=m˙total,spec|a|A
(748)

其中:

  • A 为向外面网格面积矢量。
  • A 为边界总面积。

当指定质量通量时,每个面上的质量流率计算如下:

m˙=m˙spec′′⋅|a|
(749)

边界处的静压从域内部推算得出:

Ps=Psext
(750)

可压缩状态方程

如果流入是超音速的,则使用边界处的指定超音速静压来更新静压:

Ps=Ps,specsup⁡
(751)

根据流动条件计算边界处的静态温度:

流入

在流入条件下(即质量流率 m˙≥0),使用总焓(温度)关系计算边界处的静态温度 Ts:

Ht=Hs+|v|22,CpTt,spec=CpTs+|v|22
(752)

其中,Ht 为总焓,Hs 为静焓,Cp 为比热。

这将产生一个针对 Ts 求解的二次方程:

Ts=Tt,spec−(ρ |v|)22Cp⋅(RTsPs)2
(753)

其中:

ρ |v|=m˙|θspec⋅  a|
(754)
流出

在流出条件下(即质量通量 m˙<0),从域内部推算 Ts:

Ts=Tsext
(755)

通过对静压 Ps 和静态温度 Ts 使用现在已知的边界值,流体密度将根据状态方程更新:

ρ=ρ(Ps,Ts)
(756)

边界面处的速度矢量计算如下:

v=m˙ρ(θspec⋅  a)θspec
(757)

根据 Eqn. (757) 计算速度后,边界上的总焓由以下公式给出:

Ht=Hs(Ps,Ts)+|v|22
(758)

其中,静焓 Hs 根据状态方程计算。

不可压缩状态方程

速度矢量根据质量通量计算如下:
v=m˙ρ(θspec⋅  a)θspec
(759)

其中,通过使用上次迭代中的静态温度,边界处的密度根据状态方程更新:

ρ=ρ(Ts*)
(760)

然后根据流动条件重新计算边界处的静态温度:

流入
在流入条件下(即质量流率 m˙≥0)
Ts=Tt,spec−|v|22Cp
(761)
流出
在流出条件下(即质量流率 m˙<0),从域内部推算 Ts:
Ts=Tsext
(762)

总焓由以下公式给出:

Ht=Hs(Ps,Ts)+|v|22
(763)

其中,静焓 Hs 根据状态方程计算。