Fluent 中的压力

在CFD(计算流体动力学)领域中,所提及的“压力”概念,本质上与中学物理中的“压强”相吻合,其标准单位为帕斯卡(Pa)或等价地表示为千克每米秒平方(kg/(m·s²))。

CFD计算中引入了操作压力(Operating Pressure)与相对压力(Relative Pressure)的概念,以优化数值计算的稳定性和精度。操作压力作为参考压力,使得在计算域内压力值普遍较高而变化较小时,能够避免压力变化值被淹没。CFD软件通常计算的是相对压力值。若需获取绝对压力值,可将参考压力(操作压力)设为0。许多CFD软件(如FLUENT)默认将参考压力设置为一个大气压(101325Pa)。

具体的压力相关概念有以下几个:

大气压(Atmospheric Pressure)一标准大气压(1atm)等同于760毫米汞柱(mmHg)或101325帕斯卡(Pa)。

表压(Gauge Pressure)=相对压力(Relative Pressure)=静压(Static Pressure)

是通过压力表测量的压力值,它代表了一种相对压力,即真实压力(或称绝对压力)与当前大气压之间的差值。若表压值为零,则意味着该点的真实压力恰好等于当前大气压(101325Pa)。

绝对压力(Absolute Pressure)=真实压力

其测量基准是绝对真空,即当处于绝对真空状态时,压力值为零。

操作压力(Operating Pressure)=参考压力(一般设为一个大气压,也可以设为其他值)

绝对压力、大气压与表压之间的关系可表达为:

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

绝对压力(Absolute Pressure)=操作压力(Operating Pressure)+相对压力(Relative Pressure

静压(Static Pressure)是以操作压力为基准的相对压力,代表流体静止时的压力状态。在Fluent和CFX等CFD软件中,静压是核心关注的压力参数之一。

动压(Dynamic Pressure)源于伯努利方程,与流体速度密切相关,计算公式为0.5ρv²其中ρ为流体密度,v为流体速度。在不可压缩流体流动中,速度越快的位置动压越大。

总压(Total Pressure)是静压与动压之和,它反映了流体在流动过程中总能量的一种度量。

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

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