Fluent求解器压力解析

01

前言

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

02

压力解析

▓ 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。