CFD中压力详解：表压、静压、总压与驻点压力的区别与应用

在CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）中，压力是核心概念之一，它涉及到多种类型的测量和计算。本文主要围绕FLUENT软件中的压力类型及其在模拟中的应用进行总结。 首先，表压（Gauge Pressure）是根据压力表测量得到的值，它是一种相对压力，表示真实压力与当地大气压的差值。在FLUENT中，表压并不直接代表实际状态，因为它依赖于外部大气压的存在。当表压为零时，意味着系统处于标准大气压。 静压（Static Pressure）是流体静止时的压强，通常用于测量物体表面受到的压力，其值是一个绝对压力，但在软件中作为相对值呈现，即相对于操作压力。在FLUENT中，静压的英文名称为Static Pressure，这是计算流场中各点压力的基础。 总压（Total Pressure）则是静压与动压（Dynamic Pressure）之和，它在FLUENT的压力入口中起重要作用。在考虑速度效应时，总压包含了气体动力学的影响，因此在输入总压时需同时考虑压力和速度。在无速度或速度接近零的情况，总压与静压基本相等。 CFD软件计算的压力本质上是相对的，为了得到绝对压力，用户可以设置参考压力值，FLUENT默认值为1个大气压101325Pa。驻点压力（Stagnation Pressure）是流体在运动中停滞时的压力，相当于（相对）总压，对于分析如飞机机翼前端等停滞区域的流场特性至关重要。 在可压缩流动中，入口条件的选择会影响压力和流量的处理。如果以压力作为入口条件，需输入静压值，而出口压力将由软件内部迭代计算，静压出口则会失效。相反，若入口设为流量边界，虽然流量保持恒定，但总压不守恒，求解过程可能会遇到收敛困难。 在处理湍流时，FLUENT提供了多种方法来定义湍流参数。例如，可以通过设定湍流强度（Turbulence Intensity），它表示湍流动能与平均流速的关系，通常与管道的水力直径和湍流耗散率有关。在Turbulence Specification Method中，还可以通过给定湍流参数的常数值来确定边界条件。 理解并正确处理这些压力类型和边界条件对于在FLUENT中进行精确的流体动力学模拟至关重要，包括对静压、表压、总压、驻点压力以及湍流参数的设定和应用。在实际工程计算中，选择合适的压力输入方式和边界条件是保证模拟结果准确性的关键步骤。