Течение с вращением

Тип приложения Swirl flow подходит для вращательного течения с осевой симметрией или в цилиндрических координатах. Это означает, что мы работаем с о скоростью вращения, хотя и постоянной, так что градиенты в этом направлении можно считать равными нулю. Это позволяет несколько иначе интерпретировать уравнения Навье-Стокса, по сравнению с тем видом, который дан в приложении 2D Incompressible Navier-Stokes.

Начнем с уравнений Навье-Стокса:

где h — динамическая вязкость [M L^–1 T^–1], u – вектор скорости [L T^–1], r — плотность жидкости [M L^–3], и p — давление [M L^–1 T^–2], F —массовые силы [M L^–2 T^–2]. Различие между типом приложений осесимметричным 2D и осесимметричным приложением для Навье-Стокса состоит в том, что приложение Swirl Flow еще рассматривает компоненту объемных сил, , в направлении вращения.

Это в свою очередь означает, что компонента вращательная «j» скорости, w, входит в качестве неизвестной в уравнение Навь-Стокса. Поэтому уравнения движения в 4-21 могут быть записаны следующим образом:

Граничные условия, доступные в этом классе приложения, идентичны таковым в приложении Navier-Stokes:

С добавленным граничным условием для осевой симметрии, которое является таким же условием, что и Slip/Symmetry.

Приложение Swirl flow доступно только для двумерной осе симметричной геометрии. Следует заметить, что COMSOL Multiphysics автоматически предполагает, что ось симметрии расположена при r =0. Это означает, что вы должны строить все модели, используя осе симметричные приложения справа от оси r =0.

Приложение Swirl Flow поставляется также со специального типа элементами функции формы конечных элементов. 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.