使用组分

Simcenter STAR-CCM+ 通过为表示混合物中每种化学组分的质量分数的标量变量求解守恒方程，对多组分液体或气体的传输、混合和化学反应进行建模。这些守恒方程是组分模型的基础，并可用于对流、扩散和可选源效应。它们与全局质量连续性方程一起求解。

一般情况下，组分模型处于活动状态时需要执行以下操作：

指定混合物组分（不同组分）及相关属性
设置组分初始分布
在相关边界设置组分分数

使用耦合流体和能量时，选择多组分气体后，可以从模型选择窗口的组分框中选择耦合组分或分离组分模型。

可以使用分离组分，因此可以使用分离组分求解器以及耦合能量和耦合流体。建议对高速多组分气体模拟使用此方法，以便为模拟提供重要的加速。例如：

旋转爆震反应发动机
高速重新进入条件下的电离/解离
涡轮机 CHT
超燃冲压

在该情况下：

禁用低马赫预处理并确保每个时间步的收敛良好。（对所有流体方程，使用二阶以上收敛的渐近收敛准则。）
求解含分离组分的耦合流体和能量。

要从含耦合组分的耦合流体和能量更改为含分离组分的耦合流体和能量，编辑模型选择：

取消选择当前状态方程模型。
取消选择耦合组分模型。
选择分离组分模型。
再次选择状态方程模型。

如果出现不稳定的情况，则恢复为完全耦合方法：耦合流体、耦合能量和耦合组分。

当与“耦合流”模型一起选中时，“分离组分”模型将使用由流模型计算出的局部时间步进行稳定。在这种情况下，将忽略分离组分求解器中指定的 URF 设置。

指定混合物组分

某个特定组分定义为多组分气体混合物或液体混合物中的一个组分。对于气体，在相关物理连续体的模型树中，在“多组分气体”模型节点的“气体混合物”节点内保留组分集合。这些节点如下图所示。对于液体，该布局变为多组分液体模型节点的液体混合物节点。

通过将新组分添加到气体组分或液体组分节点来定义气体或液体混合物的组分。可以按“添加混合物组分”一节中所述手动完成此操作，也可以通过导入 Chemkin 格式的数据自动完成。

从具有默认属性设置和值的数据库检索每个新组分的名称和材料属性。应查看混合物的默认材料属性设置以及每个新组分的设置。如有必要，更改混合物属性的设置，然后相应地更改每个新组分的设置（请参见管理多组分材料）。

注意：

为了使某个化学组分可用于任何给定化学反应方程（请参见定义化学反应），必须首先将其添加到气体组分节点。
混合物组分的添加顺序不像所有组分的求解顺序那么重要。
如果数据库不包含燃烧混合物需要的组分，创建 Simcenter STAR-CCM+ 材料数据库（文件 props.mdb）的本地副本，然后向其中添加所需的组分及其物理属性。
对于 EBU 或 CFM 燃烧模拟，最有可能要选择热力学多项式数据（如果可用）作为每个混合物组分的比热属性的方法。如果针对比热选择另一种方法（例如，常数或多项式 (T)），还需要为该组分提供“生成热”和“标准状态温度”值。

分离组分和耦合组分模型属性

分离组分模型和耦合组分模型共享某些属性。

表 1. 属性
对流（仅适用于分离组分）	选择使用的对流格式。
	一阶	选择一阶迎风对流格式。
	二阶	选择二阶迎风对流格式。
	MUSCL 三阶/CD	选择混合 MUSCL 三阶/CD 对流格式。添加有界差分子节点，从中可指定迎风混合因子。迎风混合因子指定与 Eqn. (857) 相关的迎风差分 $ς_{u b f}$ 的比例。默认值为 1.0。默认值可为格式提供最大稳定性。原则上，减小此值可提高精度。但是，除非通晓有界差分的理论，否则不要更改此属性。默认值反映了精度和性能的优化。

表 2. 专家属性

流体边界扩散

可用于激活或停用流体边界扩散。默认情况下已激活。

多组分扩散

激活时，给定组分的扩散通量成为所有其他组分的质量分数梯度的函数。只能使用二进制扩散系数法或运动理论扩散率法计算分子扩散率。此选项默认情况下关闭，在这种情况下使用费克定律（而不是多组分扩散）计算组分传输方程中的扩散通量。

索瑞特效应

索瑞特效应解释温度梯度的存在引起的质量扩散。对于大多数问题，这种效应可忽略不计；但是它在大温度梯度问题和分子量差异很大的组分问题中发挥重要作用。实际上，索瑞特效应对于低温轻质组分的化学气相沉积、同位素分离和燃烧非常重要 [25]。

激活时，它以组分输运方程中的扩散通量表示（请参见方程Eqn. (1881) 和 Eqn. (1882)）。

默认情况下，将停用此选项。

注	激活此选项后，必须指定每个组分的热扩散系数。请参见使用热扩散系数。

二阶梯度（仅适用于分离组分）

忽略或包括用于扩散的边界二阶梯度和/或网格面上的内部二阶梯度。

打开

包括两个二阶梯度。

关闭

排除两个二阶梯度。

仅限内部

仅包括内部二阶梯度。

仅限边界

仅包括边界二阶梯度。

组分边界和初始条件

可以使用质量分数或摩尔分数定义组分在连续体内或流体边界间的分布。在 Simcenter STAR-CCM+ 中，针对流体边界和初始条件提供相同的节点集。

使用边界或初始条件节点的物理条件文件夹内的“组分指定”节点选择质量分数或摩尔分数作为指定组分分布的方法。对应的值节点“组分质量分数”或“组分摩尔分数”将添加到相关的物理值文件夹。

在壁面边界，可使用“壁面组分选项”将壁面定义为对于组分传输不渗透，或定义为具有指定质量分数或指定通量的壁面。

组分指定节点

选择了混合物组分后，此节点将添加到物理连续体的初始条件节点和流体边界的物理条件节点。

可使用此节点的单一方法属性在根据质量分数或根据摩尔分数指定组分分布之间切换。

表 3. 组分指定属性
方法	定义作为初始组分分布定义依据的基础条件。
	质量分数	根据质量分数定义混合物组分。选择此选项时，组分质量分数子节点将添加到初始条件节点（或流体边界的物理值节点）下。
	摩尔分数	根据摩尔分数定义混合物组分。选择此选项时，组分摩尔分数子节点将添加到初始条件节点（或流体边界的物理值节点）下。

使用组分质量分数

它是用于初始条件和边界条件的标量，并通过以下任一选项进行定义：

常数为所有混合物组分指定一个固定值。所需的值会在属性窗口中按定义组分的顺序作为标量组分表分布输入。
或者，可以单击属性自定义工具框，该框位于值属性组分表的右侧并带有省略号标记。这将打开一个输入编辑器，如下所示，这样可以更方便地输入这些值，因为它将组分名称与指定值并排列出。
复合分别指定每个组分的分布；每个组分的分布作为标量分布输入。

指定的初始值和边界值在使用之前先归一化，以便它们的总和为 1.0。归一化之前，先将大于 1.0 的任何输入值设为 1.0。设置之后，对所有分数应用归一化。例如，[1.0, 2.0, 3.0] 变为 [1.0, 1.0, 1.0]，再归一化为 [0.333, 0.333, 0.333]。

使用组分摩尔分数

组分的摩尔分数是其摩尔量与混合物摩尔量之比，由组分摩尔分数节点表示。

它是用于初始条件和边界条件的标量，并通过以下任一选项进行定义：

常数为所有混合物组分指定一个固定值。所需的值会在属性窗口中按定义组分的顺序作为标量组分表分布输入。
对于组分质量分数，可以通过单击“值”属性组分表右侧的省略号访问属性自定义工具。这将打开一个输入编辑器，可标识组分表中的不同组分。
复合分别指定每个组分的分布；每个组分的分布作为标量分布输入。

壁面组分选项

对于组分传输，此选项将壁面边界定义为不渗透，或定义为具有指定的值或通量。耦合组分模型或分离组分模型将激活此选项。

局限：

壁面组分入流或出流的总体速度可以忽略不计。
壁面组分入流或出流引起的动量增加或损失可以忽略不计。

表 4. 壁面组分选项的属性
方法	定义边界的渗透率。
	不渗透	将边界指定为不渗透。
	指定通量	指定边界处的组分通量。适当地添加与壁面组分入流或出流关联的能量。将“组分通量”节点添加到物理值节点。
	指定值	指定边界处的组分质量分数。将“组分质量分数”节点添加到物理值节点。

后处理

可以使用 Boundary Species Flux(边界组分通量) 场函数监视壁面的组分通量。要激活此场函数，启用分离组分求解器或隐式耦合求解器的保留临时储存专家属性。此功能可用于验证指定的边界条件。

使用组分通量

组分通量是每单位面积添加或移除的组分的质量流率。当将“壁面组分选项”边界条件的方法属性设为“指定通量”时，将添加组分通量节点。它作为标量组分表分布输入。