01

前言

在流場(chǎng)分析中，壓力作為一個(gè)基本變量(其它的基本變量包括：速度、溫度、組分、密度等)存在，深刻的了解壓力這個(gè)變量尤為重要；

而CFD計(jì)算中又涉及到多種壓力，經(jīng)常令很多新手感到茫然，以Fluent求解器為例，本篇章就壓力的類(lèi)型、關(guān)系等進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的整理分析；

主要內(nèi)容包括：

▊ 靜壓(static pressure)

▊ 動(dòng)壓(dynamic pressure)

▊ 總壓(total pressure)

▊ 當(dāng)?shù)卮髿鈮?local air pressure)

▊ 絕對(duì)壓力(absolute pressure)

▊ 操作壓力(operating pressure)

▊ 參考?jí)毫?/p>

▊ 表壓(gauge pressure)

▊ 駐點(diǎn)壓力

02

壓力解析

▓ 靜壓(static pressure)

?就是我們尋常意義上的壓力，可以用壓力表測(cè)量獲得；

?大小反應(yīng)單位體積流體具有的靜壓能；

?有正負(fù)之分，正壓表示高于周?chē)髿鈮海o壓表示低于周?chē)髿鈮海?/p>

?在fluent中靜壓的英文名稱(chēng)為static pressure；

?在cfx中，pressure就是指的靜壓；

▓ 動(dòng)壓(dynamic pressure)

?與速度相關(guān)，具有方向性。

?其值為密度與速度平方的乘積的一半，大小與參考?jí)毫o(wú)關(guān)，主要受當(dāng)?shù)卮髿鈮汉蛠?lái)流速度的影響，數(shù)值恒正；

?平行于流動(dòng)方向的平面承受動(dòng)壓為0；

?垂直流動(dòng)方向的平面承受的動(dòng)壓最大；

?在不可壓流動(dòng)中，速度越大的位置，則動(dòng)壓越大。

▓ 總壓(total pressure)

?總壓是靜壓(static pressure)與動(dòng)壓(dynamic pressure)的和。

▓ 當(dāng)?shù)卮髿鈮?local air pressure)

▓ 駐點(diǎn)壓力

?也稱(chēng)為全受阻壓力(全壓)或滯止壓力，等于氣流在滯止?fàn)顟B(tài)下靜壓與動(dòng)壓的和。

? 那么什么是滯止?fàn)顟B(tài)呢？

?氣流的速度從某一狀態(tài)絕熱等熵地降到速度為零的狀態(tài)稱(chēng)為（該狀態(tài)的）滯止?fàn)顟B(tài)；

?滯止?fàn)顟B(tài)下的參數(shù)稱(chēng)為滯止參數(shù)，在滯止?fàn)顟B(tài)下，流體速度為0，氣體的內(nèi)能達(dá)到最大，壓強(qiáng)、溫度等參數(shù)也達(dá)到最大；

?例如物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在正對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的方向的表面，流體完全受阻，流體速度為0，此處的壓力便稱(chēng)為全受阻壓力(簡(jiǎn)稱(chēng)全壓或駐點(diǎn)壓力)；

? 對(duì)于不可壓縮流體和可壓縮流體的壓力采用不同的計(jì)算方式_

?對(duì)于不可壓縮流，依據(jù)伯努利方程：P0＝Ps+1/2*ρ|υ|^2 (總壓＝靜壓+動(dòng)壓)

?對(duì)于可壓縮流體：P0=Ps(1+(γ-1)/2*M^2)^(γ/(γ-1))

P0=駐點(diǎn)壓力

Ps=靜壓

M=馬赫數(shù)

γ＝比熱比(定壓比熱/定容比熱)

【注意】

?靜壓Ps中包括ρgh重力勢(shì)能部分，對(duì)于氣體，可忽略重力；

▓ 在Fluent中又定義了幾個(gè)壓力_

▓ 絕對(duì)壓力(absolute pressure)

絕對(duì)壓力=操作壓力+表壓

▓ 操作壓力(operating pressure)

操作壓力是人為指定的參考?jí)毫Γ?/p>

在Fluent中可通過(guò)Physics_Solver Operating Conditions進(jìn)行操作壓力設(shè)置

?對(duì)于不涉及任何壓力邊界條件的不可壓縮流動(dòng)，ANSYS FLUENT在每次迭代后要調(diào)整表壓值。這個(gè)過(guò)程通過(guò)使用參考?jí)毫ξ恢锰?或該位置附近)節(jié)點(diǎn)的壓力完成。因此，參考?jí)毫ξ恢锰幍谋韷簯?yīng)一直為0。如果使用了壓力邊界條件，則不會(huì)使用到上述關(guān)系，因此參考?jí)毫ξ恢貌槐皇褂谩?/p>

?參考?jí)毫ξ恢媚J(rèn)為等于或接近(0,0,0)的節(jié)點(diǎn)中心位置。實(shí)際計(jì)算中可能需要設(shè)置參考?jí)毫ξ恢玫浇^對(duì)靜壓已知的位置處。在Operating Conditions對(duì)話(huà)框中的Reference Pressure Location選項(xiàng)組中設(shè)置新的參考?jí)毫ξ恢玫膞,y,z的坐標(biāo)即可。

?如果要考慮某一方向的加速度，如重力，可以勾選Gravity復(fù)選框。

▓ 表壓(gauge pressure)

在Fluent中，靜壓和表壓相同，只是表述方式不同；

▓ 相對(duì)總壓(relative total pressure)

相對(duì)總壓與總壓相同；

之所以出現(xiàn)絕對(duì)壓力，主要是從數(shù)值上考慮。比如說(shuō)，若計(jì)算域內(nèi)各位置的壓力值都很大，而在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中壓力變化很小的話(huà)，則在計(jì)算過(guò)程中容易出現(xiàn)壓力變化值被湮沒(méi)的情況。此時(shí)需要將參考?jí)毫υO(shè)置為一個(gè)較大的值，以使各相對(duì)壓力值與壓力變化值在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，這樣能夠提高數(shù)值精度。

?CFD軟件計(jì)算的壓力值都是相對(duì)值。若想要得到絕對(duì)壓力值，需要加上操作壓力或在計(jì)算時(shí)將參考?jí)毫χ刀?。FLUENT默認(rèn)參考?jí)毫χ禐橐粋€(gè)大氣壓101325Pa。

?上述的幾個(gè)壓力實(shí)際上有些是可以一一對(duì)應(yīng)的，只是在表述上存在差別而已；

?具體壓力類(lèi)型的選擇，還是要根據(jù)自己的工況來(lái)確定。