【NFX CFD与流体力学】：CFD材料——可压缩材料和不可压缩材料
midas NFX是集结构、热、流体和优化设计于一体的有限元仿真分析软件，而midas NFX CFD则是其中计算流体动力学求解器高级模块。它采用独特的有限单元法（FEM）进行编程，在midas NFX 程序中搭配结构求解器组成一体化的图形用户界面（GUI），并提供全中文界面。是一款简单易学，易上手，并且实用的 CFD 软件。
在 midas NFX CFD 中，大部分流体的材料是预先存储在数据库中，因此可以通过从数据库中获取流体分析的材料数据，减少用户输入的步骤。
流体材料库定义界面
流体（CFD）主要分析诸如空气、水等一类的气体和液体，可以考虑可压和不可压材料、考虑牛顿流体和非牛顿流体材料 ，通常是分析其流动结果（如流速、压力）和温度结果。
流体（CFD）的材料属性包括：流体流动、加速度场、传热、组分对流、辐射等 5 个模块。根据分析问题的不同，设置相应模块的属性值，如果不涉及该模块，保持默认不作修改。
流体材料的可压缩模型包括：不可压、轻微可压缩、正压（常规可压缩）、不可压理想气体和理想气体等5种模型。
软件包含5种不同类型的可压缩模型
除此之外， 还必须根据在材料窗口中选择的类型来更改求解器。可以在功能区菜单的[CFD]-[CFD设置]-[CFD材料]中更改可压缩性类型。（midas NFX 2022 版本界面）
作用在流体上的压力变化，可引起流体体积和密度的变化，这一现象称为流体的可压缩性。
打气筒，空气可压缩性
对于固体材料，我们一般用弹性模量（又称为杨氏模量）来衡量其在受到外部的应力作用时材料的变形情况。类似地，流体中通过定义体积模量E衡量流体在外界压强变化时的体积变化率。当流体的体积模量越大时，在同等压强的作用下，其体积的变化率越小，材料压缩性越小。
例如，水的体积模量是2.0 GPa。对于1升的水，即使当其受到100个大气压时，其体积只缩小了大约0.5%。可见，水的体积模量非常大，其抵抗压力的能力异常强大。因此，大部分的情形下，在外界压强的作用下，水的体积基本可以视为不变。那么，水的密度也近似不变，而这正是不可压缩流体的一个重要特征。因此，水在通常情况下可以简化为不可压缩流体。
超音速分析中，空气被压缩形成激波
把液体看作是不可压缩流体，气体看作是可压缩流体，都不是绝对的。在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视具体情况而定。
例如，研究管道中水击和水下爆炸时，水的压强变化较大，而且变化过程非常迅速，这时水的密度变化就不可忽略，即要考虑水的压缩性，把水当作可压缩流体来处理。
特别地，当气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。
而马赫数(Ma)则是衡量空气压缩性影响的一个速度参数。工程上一般把马赫数Ma<0.3的气体流动当做不可压缩流。（关于马赫数的含义我们会在之后的文章中介绍）
2、体积压缩系数β
为了描述不同流体材料的压缩性，用体积压缩系数β来表示流体的压缩性大小。流体的体积压缩系数β为流体体积的相对缩小值ΔV/V与压强的增量Δp之比。
如：等温状态下，对一个容器内流体施加 的均布压强时，流体体积变化量为，流体体积的相对缩小值为 ，则容器内流体的体积压缩系数为：
注：“负号”是为了保证β≥0。因为，如果
压强增大，体积减小
假定Δp为定值，若β越小，则ΔV就越小，说明体积变化量越小，气体越不容易被压缩。同时，当Δp、ΔV很小时，流体等温体积压缩系数β也可以表示为：
说明：由于质量守恒，所以压缩前后的质量不变，均为M。压缩前， M=ρV 。由于体积改变，密度也发生改变，故 dM=ρdV+Vdρ (全微分方程)，而变化前后质量不变，故 dM=0 ，则 dM=ρdV+Vdρ=0 。化简后可得 dV/V=−dρ/ρ ，将其代入体积压缩系数β的公式中，即可得到 β=(dρ/ρ)/dp 。
3、体积模量 ：为体积压缩系数的倒数。表示体积模量E越大，气体越不容易被压缩。（与材料力学定义相同，应力/应变，衡量物体抵抗弹性变形的能力，其值越大越不容易变形）
思考：使水（E=2000MPa）的体积减小1%，压强需要增大多少？（答案20MPa）
介绍完可压缩性的含义，接下来看一下在midas NFX CFD 中是如何体现的吧。
软件提供了5种可压缩模型，各自的含义如下：
https://www.engineeringtoolbox.com/
