六.压力山大—Fluent出现的压力大全解

在FLUENT中存在多个压力,如操作压力、表压力、绝对压力、总压力等,为什么定义如此多的压力呢?主要是为了能够精确描述某些物理现象,因此不同的物理场适用于不同的压力。今天我们来详细的讲解一下这些压力的意义及其应用场合。

首先我们来说一说操作压力,对于所有流动,ANSYS Fluent内部使用表压即相对压力。当需要绝对压力时,它是通过将工作压力加到相对压力上而产生的[-fluent help文档]因此从fluent后处理得到的压强值都很小,这里的压强即为表压

在这个相对压强的基础上,存在一个压强即为操作压强。在Define——Operating Conditions…中,所示的Operating Pressure是操作压强,默认的操作压强为一个大气压101325Pa。操作压强有点类似于工况的环境压力。

图1.计算算例静压显示值(一般为较小的值)

前面已经提到表压力即为相对压力,那么顺理成章地绝对压力应该为操作压力与表压的之和,我们指定的所有压力以及ANSYS Fluent计算或报告的所有压力均为表压力。

图2.操作压力、表压力、绝对压力的关系

对于操作压力的设定,有一定的规范,其标准是马赫数和密度的,在理想气体不可压缩流流动中(例如,对于自然对流问题),则应使用代表流动平均压力。具体可参考下面的表格:

图3.操作压力的设定标准

一般来说,如果密度为常数,那么操作压力保持默认即可;如果是高马赫数可压缩流动,可将操作压力设置为0,即表压等于绝对压力;对于低马赫数可压缩流动,需要设置操作压力为平均压力,这样做是为了避免截断误差的产生。

图4.参考压力位置的设置

在操作压力界面,还要参考压力位置这个参数,它实际上是让我们输入一个网格的坐标,用来调整不涉及任何压力边界的不可压缩流动的表压。当我们的模型边界涉及到压力边界,那么就不必设置这个参数,一般参考压力位置为静压为0的点。

在边界条件的设置中,仍然会出现压力的设置,如压力进口边界条件。对于Gauge Total Pressure(表总压)很好理解,由于设置的压力进口,因此需要指定进口的压力即为Gauge Total Pressure。

对于Supersonia/Initial Gauge Pressure,当边界进口流动为超音速时,需要指定其静压力,对于可压缩气体可按等熵流动计算静压Po/Ps=(1+(k-1)/2*Ma^2)^(k/(k-1)),其中k为绝热指数。Supersonia/Initial Gauge Pressure还要另一个作用,可用于初始化参数的计算,这里不再展开讲解。

图5.压力进口边界出现的压力设置

在Fluent后处理云图面板上,也出现了几个压力。第一个参数static pressure是静压,对于不同的流动有其计算公式。Dynamic pressure为动压力,与静压相同有计算公式。

绝对压力之前提到过,等于表压与操作压力之和。Total pressure总压为静压与动压之和,relative total pressure相对总压与总压相同。

图6.后处理云图压力

图7.动压计算公式

说了那么多的压力,需要我们注意的主要有操作压力,压力边界的两个压力-表压力和超音速表压力,其他的普通的工况不经常遇到。当然还是根据自己的工况来选择。

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