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CFD各种压力总结.docx

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.85M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    可视化 k
    表压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 道表压是一种相对压力，为真实压力与大气压间的差值。大气压 101325Pa，若表压值为零，则意味着此处真实压力为101325Pa。静 压就是我们寻常意义上的压力，可以用压力表测量获得。其值是一个 绝对压力值，但是在软件中表现为一个相对于操作压力的相对值。在 fluent 中静压的英文名称为 static pressure。 总压是静压与动压的和。在 FLUENT 的压力入口中常要求用户 输入总压值，其实这里是同时考虑了压力与速度的。因此在压力入口 位置仅仅只是输入压力表读数是不对的，因当考虑速度的。当然若此 处速度为 0 的话，总压值与静压值相等。 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。 至于驻点压力，指的是流体从无穷远处等熵滞止于相对于流场运 动的钝体前驻点处时的压力，也就是（相对）总压。 驻点压力是指总压，总压等于动压加上静压。即里面的 total pressure。这里的gauge pressure 是指静压.而且total pressure 和 gauge pressure 都是是相对于“operating condition”栏里设置的压强 的差值。 可压缩流动中，入口可以设置压力也可以设置流量。若为压力入 口，则需要设置静压值，此时若出口为静压出口时，则压力出口失效， 出口的压力是通过内部迭代计算得到。可压缩流动中，若入口为流量
    边界，则计算域内总压不守恒，流量守恒。求解器通过调整总压值以 满足流量要求。此时收敛会很难。因此，若流量与压力均已知的情况 下，优先使用压力入口。 可压缩流动： (1)总压和总温是给定的； (2)如果入口为亚音速流动，静压由计算域中紧邻边界的内部 流体单元值外插得到；如果入口处的流动为超音速的，静压必须是给 定的。 在 Turbulence Specification Method （湍流定义方法）下拉列表 中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、 湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上 的湍流。 （1）湍流强度（Turbulence Intensity） 湍流强度 I 的定义如下： 16.0I 1- 8 (Re) 3 2 ( u 湍动能 k  I 2) ， avgu 为平均流速。 avg 湍流的长度尺度： 007 L ， L 取管道的水力直径。 .0 l kC 43  23 l 湍流耗散率： 值约等于 0.09。 ， C 为湍流模型中的一个经验常数，其 在使用压强入口边界条件时需要输入下列参数： （1）总压。 （2）总温。
    （3）流动方向。 （4）静压。 （5）用于湍流计算的湍流参数。 上述变量均在 Pressure Inlet（压强入口）面板中输入。在 Boundary Conditions（边界条件）面板中选择压强入口边界，然后点击 set（设 置）按钮就可以进入压强入口条件的设置面板。 1. 定义总压 在 Pressure Inlet（压强入口）面板中的 Gauge Total Pressure（表 总压）栏中输入总压的值，在 Total Temperature（总温）栏中输入总 温。这里总压输入仍然采用表压形式，即输入的总压值实际上是绝对 总压与操作压强之差。 不可压流中总压用伯努力方程定义，即： P 0  sP  2 1   2 （1） 在可压流中用满足等熵关系的伯努力方程定义，即： P 0  P s 1     1   2 2 M  1      （2） 在公示(1)和（2）中， 0P 为实际总压， sP 为实际静压， M 为马赫 数，为比热比。 2.定义流动方向的步骤如下： （1）选择流动方向的定义方法，即在 Direction Specification Method（方向定义方法）下拉列表中选择 Direction Vector（方向矢量） 或 Normal to Boundary（垂直于边界）。
    （2）如果选择了 Normal to Boundary（垂直于边界），并且准备 计算的是轴对称旋转流问题，则要在 Tangential-Component of Flow Direction（流动方向的分量）中输入适当的数值。如果选择的是 Normal to Boundary（垂直于边界），同时采用了直角坐标，并且不是轴对称 旋转流动问题，则无需输入任何参数。 （3）如果在前面步骤中选择的是 Direction Vector（方向矢量）， 并且所计算的问题是三维问题，随后就需要选择矢量分量的坐标系形 式，即在 Coordinate System（坐标系）下拉列表中选择 Cartesian（X,Y,Z） （直角坐标）、Cylindrical（Radial,Tangential,Axial）（柱坐标）或 Local Cylindrical（Radial,Tangential,Axial）（局部柱坐标）。 这里选用的直角坐标系就是网格划分时使用的直角坐标系。 3.定义静压 静压在 FLUENT 中被称为Supersonic/Initial Gauge Pressure （超音速/初始表压），如果入口流动是超音速的，或者用户准备用 压强入口边界条件进行计算的初始化工作，则必须定义静压。
    在流场为亚音速流场时，FLUENT 将忽略 Supersonic/Initial Gauge Pressure（超音速/初始表压）的输入数据，而用驻点参数求出 静压。然而如果使用压强入口条件进行流场的初始化，则需要同时输 入静压和驻点参数，以便可以用（2）式或者（1）式计算出初始流场。 因为上述两个公式中使用了马赫数和速度，所以在定义边界条件时需 要给出合理的入口马赫数（可压流）或入口速度（不可压流）。 设想的气流速度为 0 时候的截面，此时的气流的参数称驻点参 数，是人为的规定一种状态，借用这种状态的气流参数来表征实际流 体的运动状态。 压强入口边界的计算流程 FLUENT 处理压强入口边界条件的方式是在假定没有流动损失 的前提下，由驻点条件 计算出入口条件。对于不可压流动，是从（1）式推导出入口边 界条件。对于可压流，则用（2）式推导出入口边界条件。 可压流压强入口边界的计算 在可压流计算中，压强入口边界的总压、静压和速度可以用理想 气体的等熵关系联系起来。用户在入口边界上输入的总压 0 'P 和相邻 单元上的静压 SP ' 用下列等熵关系联系在一起： ' ' P P 0 s   P op P op     1  1   2 2 M  1      其中马赫数定义为： M   c   sRT  （3） （4）
    c 为音速， opP 为操作压强，因为输入的边界条件是以操作压强为 参照的相对压强，所以实际压强的值应该是输入压强与操作压强之 和。 压强出口边界条件 压强出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在 流场为亚音速时使用。如果在出口边界上流场达到超音速，则边界上 的压强将从流场内部通过插值得到。其他流场变量均从流场内部插值 获得。 在压强出口边界上还需要定义“回流（backflow）”条件。回流条 件是在压强出口边界上出现回流时使用的边界条件。推荐使用真实流 场中的数据做回流条件，这样计算将更容易收敛。 压强出口边界的输入参数如下： （1）静压。 （2）回流条件，其中包括： 能量计算中的总温。 回流方向定义方法。 湍流计算中的湍流参数 操作压强的设定 1．操作压强的意义 操作压强对于不可压理想气体流动和低马赫数可压流动来说是 十分重要的，因为不可压理想气体的密度是用操作压强通过状态方程
    直接计算出来的（参见公式  P op R M w T ），而在低马赫数可压流动中 操作压强则起到了避免截断误差的负面影响的重要作用。 对于高马赫数可压缩流动，操作压强的意义不大。在这种计算中 使用绝对压力会更方便。因为 FLUENT 总是使用表压进行计算，所 以需要在这类问题的计算中将操作压强设置为零，而使表压和绝对压 力相等。 压缩空气的压力入口条件的设置（喷气织机为例） 图 1.主喷嘴 图 2.主喷嘴三维模型 图 3.主喷嘴流场区域名称图
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