流体的压力

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0 概述

压力是流体力学中很重要的物理量，其为标量。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

在流体力学中，常见的压力相关概念包括：

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

1 绝对压力与静压力

绝对压力为流体的真实压力值，例如标准状态（纬度 45° 的海平面，温度 0℃ ）的大气压（大气的绝对压力）为 1 atm。

根据绝对压力定义可知，在绝对真空状态下，绝对压力为 0，且绝对压力不存在负值。

静压力为绝对压力和参考压力之间的差值，其计算公式为：

linear format: p_s=p_a-p_r

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。

参考压力可以任意选取合适的绝对压力值，通常参考压力取 1 atm。

静压力、绝对压力、参考压力之间关系可如下图所示：

在工程中，通常压力表测量结果为静压力，由此静压力也称为表压力。

真空设备内部静压力通常为负数，采用真空度概念简化描述。真空度数值为静压力的绝对值，例如真空度 500 Pa 表示内部的静压力为 -500 Pa。

2 动压力

动压力在物理上并不存在，是基于伯努利方程构造的概念，表征了单位体积流体的动能。动压力的计算公式为：

linear format: p_d=(ρ∙v^2)/2

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，即：

linear format: p_t=p_s+p_d

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：

linear format: C_p=2∙(p_s–p_0)/(ρ_0∙v_0^2 )

其中下标 0 表示为参考点的流动状态，通常为远场区域。

3 在 Fluent 中说明

1 参考压力为操作压力的取值，压力系数的参考点取值为人为设置的参考值

2 基于理想气体方式定义气体密度，其方程中的压力指气体绝对压力

3 流固耦合的压力载荷映射传递的是静压力，载荷方向为沿着固体表面法向指向固体内部