流体的压力

news/2024/5/20 19:25:12

压力是流体力学中很重要的物理量,国际标准单位为 Pa(帕斯卡),其他常用单位包括 MPa(兆帕)、atm(标准大气压)、Torr(托) 等。

在流体内部,压力是标量,无方向性。固体所受的流体压力载荷方向是沿着固体表面法向指向固体内部。

在流体力学中,常用的压力相关概念包括如下:

  • 绝对压力(absolute pressure)
  • 静压力(static pressure)
  • 动压力(dynamic presure)
  • 大气压力(atmospheric pressure)
  • 参考压力(reference pressure)
  • 压力系数(pressure coefficient)
  • 真空度(vacuum degree)
  • 表压力(gauge pressure)

绝对压力为流体的真实压力值,例如在标准状态(纬度 45° 的海平面,温度 0℃ )大气压力为 101325 Pa 即 1 atm。绝对压力等于 0 为绝对真空,不存在负的绝对压力。

静压力为绝对压力和参考压力之间的差值。

静压力、绝对压力、参考压力之间关系如下图所示:

参考压力可以为任意的绝对压力值,通常参考压力取 1 atm。在 Fluent 中,参考压力也称为操作压力(operating pressure)。

静压力可以为正数或负数。正数表示绝对压力大于参考压力,负数表示绝对压力小于参考压力。

在工程中,通常采用压力表测量静压力,由此静压力也称为表压力。

若是真空设备,其静压力通常为负数,采用真空度从而简化压力描述。真空度数值为静压力的绝对值。

动压力在物理上并不存在,是人为构造的,表征了单位体积流体的动能。动压力的计算公式为:

根据动压力计算公式可知,不存在负的动压力。

总压力为静压力和动压力的总和,根据实际情况可能为正数或负数。

压力系数为静压力和动压力之间的比例值,为无量纲数。压力系数计算公式为:

其中下标 0 表示远场的流动状态,公式分子的压力为静压。

在 Fluent 中的问题:

1 密度设置中,采用理想气体模型,其压力为绝对压力

2 参考压力通过操作条件界面的操作压力(operating pressure)设置

3 流固耦合中的压力载荷映射,传递的是静压力


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