物理量 φ
1 Jφ r
ρu 总质量
组分i的质量 mi rρuml Γgrad(ml)
rρuui µgrad(ui)
rρuh kgrad(h) 动量 ui 能量 H
表1 质量、动量与能量传递形式的统一表征形式
其中mi是组分i的的质量分数;ui是某一方向的动量,i=x,y,z;h是比焓。Γ、µ与k分别是扩散系数、
粘度与传热系数。
式子(1)右边的S代表源项,意为在此微元内非对流或者非扩散因素对φ的影响。对于质量守恒方程,由于我们认为总质量总是守恒的,所以S=0;对于组分质量守恒方程,S通常包括由于化学反应引起的质量变化;对于能量守恒方程,S通常包括微元内的热源所带来的影响。
表征动量的传递的斯托克斯粘性定律是以二阶张量形式给出的,要比标量形式的菲克扩散定律、傅立叶传热定律复杂许多。x方向动量守恒的通用形式如下: v P(ρux)+div(ρuux µgradux)= +Bx+Vx (传热 2.11) t x
其中Bx是x方向的单位容积的体积力,Vx是除了div(µgradui)之外的粘性力。只有在常粘度的不可压缩流中才能得出Vx=0。对于其它形式的流动中Vx的形式,请参考附录或者《湍流上册》[2]中的(湍流上册1-10) ̄(湍流上册1-16)。在SIMPLE算法中,Bx与Vx通常加入到动量守恒方程的源项S中,压力项不进入源项。
所以,SIMPLE算法所要解决的问题实际上可以归结为求解微分方程组: 四项分别是不稳定项、对流项、扩散项以及源项。
2.2 数值求解策略
SIMPLE算法认为压力场是决定速度场的重要原因,速度场进而影响到其它被动标量(如温度、浓度)的输运。当然,计算得到的温度、浓度场“回过头”来也会影响到密度、扩散系数等,这些系数又会对输运过程产生反作用。因而这个过程必须反复求解才能得到最后收敛解。