Неизотермическое течение

Приложение Non-Isothermal Flow является подходящим для течений, в которых имеют место небольшие изменения плотности, обусловленные разностями температур. Оно не подходит для больших скоростей, или когда жидкость сильно сжимается/расширяется вследствие значительной внутренней работы или тепловых эффектов.

Этот тип приложения почти идентичен приложению Incompressible Navier-Stokes, за исключением некоторого дополнительного члена в уравнениях. В балансе количества движения включено дополнительный вклад в тензор вязких напряжений. Этот вклад равен нулю в приложении Incompressible Navier-Stokes, поскольку предположение о несжимаемости означает, что .

Уравнение неразрывности также изменяется, чтобы учесть изменения в плотности жидкости, r.

Результирующими уравнениями для приложения Non-Isothermal Flow (с использованием общих тензорных обозначений) являются:

где:

h — динамическая вязкость [M L^–1 T^–1]

k — объемная вязкость [M L^–1 T^–1]

r — плотность [M L^–3]

u — вектор скорости [L T^–1]

p — давление [M L^–1 T^–2]

F — поле объемных сил, таки как сила тяжести [M L^–2 T^–2]

Большинство случаев, которые заставляют использовать описание течения не-изотермическими уравнениями Навье-Стокса, являются описания конвекции, обусловленной изменениями плотности. В этом случае мы можем положить член объемных сил равным силам тяжести, , где g есть вектор ускорения свободного падения [M L^–2 T^–2].

Вы можете определить плотность как функцию любой из зависимых переменных. Обычно этот тип приложения связывается с уравнением теплопроводности, в котором плотность описывается как произвольная функция температуры. COMSOL Multiphysics затем решает одновременно связанные уравнения.

Граничные условия в приложении Non-Isothermal Flow подобны тем, которые доступны в приложении Incompressible Navier-Stokes. Разница только в том, что в них также должен быть включен вклад в тензор вязких напряжений.

Ниже перечислены эти граничные условия, с использованием полного тензора напряжений.

Приложение Non-Isothermal Flow также поставляется со специальными типами элементов с различными функциями формы. Они включают возможность обрабатывать разрывы в давлении и часто называются «пузырьковыми» элементами. Суммарная сводка их приведена в главе Реализация типов Приложений в подразделе Incompressible Navier-Stokes. Для более эффективного решения больших моделей используйте многосеточный решатель, см. раздел «Установки многосеточного решателя» на странице 133 Руководства по моделированию в COMSOL Multiphysics.