转载 Fluent中的压力分类

大气压 ( atmospheric pressure )指的大气对浸在它里面的物体产生的压强。一标准大气压(1atm)=760毫米汞柱(mmHg)=101325Pa。

表压(gauge pressure)指的是压力表测压值。根据目前压力表的工作原理很容易知道表压是一种特的相对压力,为真实压力(绝对压力)与大气压间的差值。大气压为101325Pa,若表压值为零,则意味着此处真实压力为101325Pa。

绝对压力(absolute pressure)是真实压力。绝对压力值以绝对真空作为起点。绝对真空时,此时的真实压力就为0。

 

Absolute Pressure(绝对压力)=Atmospheric Pressure(大气压)+Gauge Pressure(表压)

操作压力、工作压力(operating pressure)指的是参考压力。

Absolute Pressure(绝对压力)=

Operating Pressure(操作压力)+Relative Pressure(相对压力) 

之所以要引入这样的概念,是因为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。记住:CFD软件计算的压力值都是相对值。若想得到绝对压力值,可设置参考压力值为0。FLUENT默认参考压力值为一个大气压101325Pa。

静压(static pressure)就是真实压力与操作压力的差值。静压是一种以操作压力为参考值的相对压力。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)是与速度有关的,其概念源于伯努利方程。其值为密度与速度平方的乘积的一半(0.5ρv²)。因此很容易得知:在不可压流动中,速度越大的位置,则动压越大。

总压(total pressure)是静压与动压的和。

Total Pressure(总压)=Static Pressure(静压)+Dynamic Pressure(动压)

设定操作压力时需要注意的事项如下:

1. 对于不可压缩理想气体的流动,操作压力的设定直接影响流体密度的计算,因为对于理想气体而言,流动的密度由理想气体方程获得,理想气体方程中的压力为操作压力。

2.  对于低马赫数的可压缩流动而言,相比绝对静压,总压降是很小的,因此其计算精度很容易受到数值截断误差的影响。需要采取措施来避免此误差的形成,ANSYS FLUENT通过采用表压(由绝对压力减去操作压力)的形式来避免截断误差的形成,操作压力一般等于流场中的平均总压。​

3. 对于高马赫数可压缩流动的求解而言,因为此时的压力比低马赫可压缩流动的大得多,所以求解过程中的截断误差的影响不大,可以不设定表压。由于ANSYS FLUENT中所有需输入的压力都为表压,因此此时可以将操作压力设定为0(这样可以最小化由于压力脉动而引起的误差),使表压与绝对压力相等。

4. 如果密度设定为常数或者其值由通过温度变化的函数获得,操作压力并没有在计算密度的过程中被使用。

5. ​ 默认的操作压力为101325Pa。

操作压力的设定主要基于两点考虑,一是流动马赫数的大小,二是密度计算方法。

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。

对于VOF计算,应当选择SpecifiedOperating Density,并且在OperatingDensity 下为最轻相设置密度。这样做排除了水力静压的积累,提高了round-off精度为动量平衡。同样需要打开 Implicit Body Force,部分平衡压力梯度和动量方程中体积力,提高解的收敛性。

ReferencePressure Location(参考压强位置)应是位于流体永远是100%的某一相(空气)的区域,光滑和快速收敛是其基本条件。

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