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大氣壓?(?atmospheric pressure?)指的大氣對浸在它里面的物體產生的壓強。一標準大氣壓(1atm)=760毫米汞柱(mmHg)=101325Pa。
表壓(gauge pressure)指的是壓力表測壓值。根據目前壓力表的工作原理很容易知道表壓是一種特的相對壓力,為真實壓力(絕對壓力)與大氣壓間的差值。大氣壓為101325Pa,若表壓值為零,則意味著此處真實壓力為101325Pa。
絕對壓力(absolute pressure)是真實壓力。絕對壓力值以絕對真空作為起點。絕對真空時,此時的真實壓力就為0。
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Absolute Pressure(絕對壓力)=Atmospheric Pressure(大氣壓)+Gauge Pressure(表壓)
操作壓力、工作壓力(operating pressure)指的是參考壓力。
Absolute Pressure(絕對壓力)=
Operating Pressure(操作壓力)+Relative?Pressure(相對壓力)?
之所以要引入這樣的概念,是因為若計算域內各位置的壓力值都很大,而在整個計算過程中壓力變化很小的話,則在計算過程中容易出現壓力變化值被湮沒的情況。此時需要將參考壓力設置為一個較大的值,以使各相對壓力值與壓力變化值在一個數量級內,這樣能夠提高數值精度。記住:CFD軟件計算的壓力值都是相對值。若想得到絕對壓力值,可設置參考壓力值為0。FLUENT默認參考壓力值為一個大氣壓101325Pa。
靜壓(static pressure)就是真實壓力與操作壓力的差值。靜壓是一種以操作壓力為參考值的相對壓力。在Fluent中靜壓的英文名稱為static pressure,在CFX中,pressure就是指的靜壓。
動壓(dynamic pressure)是與速度有關的,其概念源于伯努利方程。其值為密度與速度平方的乘積的一半(0.5ρv2)。因此很容易得知:在不可壓流動中,速度越大的位置,則動壓越大。
總壓(total pressure)是靜壓與動壓的和。
Total Pressure(總壓)=Static Pressure(靜壓)+Dynamic Pressure(動壓)?
設定操作壓力時需要注意的事項如下:
1.?對于不可壓縮理想氣體的流動,操作壓力的設定直接影響流體密度的計算,因為對于理想氣體而言,流動的密度由理想氣體方程獲得,理想氣體方程中的壓力為操作壓力。
2. ?對于低馬赫數的可壓縮流動而言,相比絕對靜壓,總壓降是很小的,因此其計算精度很容易受到數值截斷誤差的影響。需要采取措施來避免此誤差的形成,ANSYS FLUENT通過采用表壓(由絕對壓力減去操作壓力)的形式來避免截斷誤差的形成,操作壓力一般等于流場中的平均總壓。?
3.?對于高馬赫數可壓縮流動的求解而言,因為此時的壓力比低馬赫可壓縮流動的大得多,所以求解過程中的截斷誤差的影響不大,可以不設定表壓。由于ANSYS FLUENT中所有需輸入的壓力都為表壓,因此此時可以將操作壓力設定為0(這樣可以最小化由于壓力脈動而引起的誤差),使表壓與絕對壓力相等。
4.?如果密度設定為常數或者其值由通過溫度變化的函數獲得,操作壓力并沒有在計算密度的過程中被使用。
5. ??默認的操作壓力為101325Pa。
操作壓力的設定主要基于兩點考慮,一是流動馬赫數的大小,二是密度計算方法。
對于不涉及任何壓力邊界條件的不可壓縮流動,ANSYS FLUENT在每次迭代后要調整表壓值。這個過程通過使用參考壓力位置處(或該位置附近)節(jié)點的壓力完成。因此,參考壓力位置處的表壓應一直為0。如果使用了壓力邊界條件,則不會使用到上述關系,因此參考壓力位置不被使用。
參考壓力位置默認為等于或接近(0,0,0)的節(jié)點中心位置。實際計算中可能需要設置參考壓力位置到絕對靜壓已知的位置處。在Operating Conditions對話框中的Reference Pressure Location選項組中設置新的參考壓力位置的x,y,z的坐標即可。
如果要考慮某一方向的加速度,如重力,可以勾選Gravity復選框。
對于VOF計算,應當選擇SpecifiedOperating Density,并且在OperatingDensity?下為最輕相設置密度。這樣做排除了水力靜壓的積累,提高了round-off精度為動量平衡。同樣需要打開?Implicit Body Force,部分平衡壓力梯度和動量方程中體積力,提高解的收斂性。
ReferencePressure Location(參考壓強位置)應是位于流體永遠是100%的某一相(空氣)的區(qū)域,光滑和快速收斂是其基本條件。
總結
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