本文描述Fluent操作压力(Operating Pressure)的一些问题。
在不同的流动形式中,用户指定的操作压力对计算结果会有不同的影响。
在不可压缩理想气体(Incompressible ideal gas)流动中,由于操作压力直接参与介质密度的计算,因此设置合适的操作压力非常重要。不可压缩理想气体定律采用下面的公式计算流体的密度:
因此,在将流体介质的密度设置为Incompressible ideal gas时,必须确保正确地设置了操作压力。
在低马赫数可压缩流动中,由于总压降与绝对静压相比非常小,压力受数值舍入的影响非常显著。为了理解这个问题,可以考虑马赫数 的可压缩流动,其压力变化量 与动压头 有关,这里的 为静压, 为比热比。这样能够得到一个较为简单的相关关系: ,当 时, ,因此除非采取足够的预防措施,否则低马赫数流动计算非常容易受到舍入误差的影响。
操作压力对于低马赫数可压缩流动非常重要,因为它可以减轻舍入误差带来的问题。对于低马赫数、随时间变化且计算域中的平均压力随时间变化的可压缩流动问题,可能需要指定浮动操作压力(floating operating pressure),而非指定一个恒定的操作压力。
对于较高马赫数的可压缩流,工作压力不太重要。这种流动中的压力变化要比低马赫数可压缩流动中的压力变化大得多,舍入误差带来的问题较小,因此实际上不需要使用相对压力。实际应用中,此类计算中常使用绝对压力。由于Fluent 始终使用相对压力进行计算,因此用户可以简单地将操作压力指定为零,从而使相对压力与绝对压力相等。
如果假设密度为常数,或者密度由温度的分布函数计算额而来,则在密度计算中不使用操作压力。
Fluent默认操作压力为101325 Pa。
操作压力的选择方式基于流动马赫数以及密度的计算方式。例如若在不可压缩流动中使用理想气体定律(如自然对流问题中将密度指定为incompressible ideal gas),则操作压力应指定为平均流动压力值。
下表显示了设置工作压力的推荐设置。默认的工作压力是101325 Pa。
密度关系 | 马赫数 | 操作压力 |
---|---|---|
ideal gas law | M>0.1 | 0或平均流动压力 |
ideal gas law | M<0.1 | 平均流动压力 |
温度的函数 | 不可压缩 | 不使用 |
constant | 不可压缩 | 不使用 |
incompressible ideal gas law | 不可压缩 | 平均流动压力 |
(完毕)