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在流场分析中,压力作为一个基本变量(其它的基本变量包括:速度、温度、组分、密度等)存在,深刻的了解压力这个变量尤为重要; 而CFD计算中又涉及到多种压力,经常令很多新手感到茫然,以Fluent求解器为例,本篇章就压力的类型、关系等进行一个简单的整理分析; 主要内容包括: ▊ 静压(static pressure) ▊ 动压(dynamic pressure) ▊ 总压(total pressure) ▊ 当地大气压(local air pressure) ▊ 绝对压力(absolute pressure) ▊ 操作压力(operating pressure) ▊ 参考压力 ▊ 表压(gauge pressure) ▊ 驻点压力 ▓ 静压(static pressure) ✦ 就是我们寻常意义上的压力,可以用压力表测量获得; ✦ 大小反应单位体积流体具有的静压能; ✦ 有正负之分,正压表示高于周围大气压,静压表示低于周围大气压; ✦ 在fluent中静压的英文名称为static pressure; ✦ 在cfx中,pressure就是指的静压; ▓ 动压(dynamic pressure) ✦ 与速度相关,具有方向性。 ✦ 其值为密度与速度平方的乘积的一半,大小与参考压力无关,主要受当地大气压和来流速度的影响,数值恒正; ✦ 平行于流动方向的平面承受动压为0; ✦ 垂直流动方向的平面承受的动压最大; ✦ 在不可压流动中,速度越大的位置,则动压越大。 ▓ 总压(total pressure) ✦ 总压是静压(static pressure)与动压(dynamic pressure)的和。 ▓ 当地大气压(local air pressure) ▓ 驻点压力 ✦ 也称为全受阻压力(全压)或滞止压力,等于气流在滞止状态下静压与动压的和。 ☑ 那么什么是滞止状态呢? ✦ 气流的速度从某一状态绝热等熵地降到速度为零的状态称为(该状态的)滞止状态; ✦ 滞止状态下的参数称为滞止参数,在滞止状态下,流体速度为0,气体的内能达到最大,压强、温度等参数也达到最大; ✦ 例如物体在流体中运动时,在正对流体运动的方向的表面,流体完全受阻,流体速度为0,此处的压力便称为全受阻压力(简称全压或驻点压力); ☑ 对于不可压缩流体和可压缩流体的压力采用不同的计算方式_ ✦ 对于不可压缩流,依据伯努利方程:P0=Ps+1/2*ρ|υ|^2 (总压=静压+动压) ✦ 对于可压缩流体:P0=Ps(1+(γ-1)/2*M^2)^(γ/(γ-1)) P0=驻点压力 Ps=静压 M=马赫数 γ=比热比(定压比热/定容比热) 【注意】 ✦ 静压Ps中包括ρgh重力势能部分,对于气体,可忽略重力; ▓ 在Fluent中又定义了几个压力_ ▓ 绝对压力(absolute pressure) 绝对压力=操作压力+表压 ▓ 操作压力(operating pressure) 操作压力是人为指定的参考压力; 在Fluent中可通过Physics_Solver _Operating Conditions进行操作压力设置_ ✦ 对于不涉及任何压力边界条件的不可压缩流动,ANSYS FLUENT在每次迭代后要调整表压值。这个过程通过使用参考压力位置处(或该位置附近)节点的压力完成。因此,参考压力位置处的表压应一直为0。如果使用了压力边界条件,则不会使用到上述关系,因此参考压力位置不被使用。 ✦ 参考压力位置默认为等于或接近(0,0,0)的节点中心位置。实际计算中可能需要设置参考压力位置到绝对静压已知的位置处。在Operating Conditions对话框中的Reference Pressure Location选项组中设置新的参考压力位置的x,y,z的坐标即可。 ✦ 如果要考虑某一方向的加速度,如重力,可以勾选Gravity复选框。 ▓ 表压(gauge pressure) 在Fluent中,静压和表压相同,只是表述方式不同; ▓ 相对总压(relative total pressure) 相对总压与总压相同; 之所以出现绝对压力,主要是从数值上考虑。比如说,若计算域内各位置的压力值都很大,而在整个计算过程中压力变化很小的话,则在计算过程中容易出现压力变化值被湮没的情况。此时需要将参考压力设置为一个较大的值,以使各相对压力值与压力变化值在一个数量级内,这样能够提高数值精度。 ✦ CFD软件计算的压力值都是相对值。若想要得到绝对压力值,需要加上操作压力或在计算时将参考压力值定为0。FLUENT默认参考压力值为一个大气压101325Pa。 ✦ 上述的几个压力实际上有些是可以一一对应的,只是在表述上存在差别而已; ✦ 具体压力类型的选择,还是要根据自己的工况来确定。 ▓ 讨论 ❖ 本篇章就压力的分类、意义、关系等进行了简单介绍,内容相对浅显,主要针对新手,可收藏以便查阅之用; ❖ 大部分内容为网络整理,也有个人理解掺杂其中,如有不足,欢迎指正; ❖ 可能会存在描述错误或理解不足等问题,欢迎指正交流_ ❖ 可通过以下方式联系博主,欢迎指正交流~ ❖ 点个关注不迷路幺~ |
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