可壓縮流動仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
可壓縮流動仿真的視頻教程
外部可壓縮流動的模擬
本教程涉及的主要技術點如下: 可壓縮流動(使用理想氣體密度定律)； 設置外部空氣動力學的邊界條件； 使用Spalart-Allmaras湍流模型； 使用FMG初始化來獲得更好的初始場； 使用壓力基的耦合求解器和偽瞬態選項來求解； 使用力和表面監測器檢查解的收斂性； 通過繪制y+的分布來檢查近壁網格的分辨率。
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Ansys Fluent從零基礎到熟練掌握系列課（五）可壓縮流動
仿真的前世今生 c. 理論、實驗和仿真 d. ANSYS Fluent功能簡介和行業應用 e. 學習方法 2.案例5可壓縮流動 a. 流程步驟 b. 高速可壓縮流動關鍵點～流體物性，邊界設置，求解器，操作壓力， c. 表達式簡介 d. Expression1——拋物線邊界 e.
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可壓縮流動仿真的實例教程
所以在流體運動中，速度散度完全可以表征可壓縮性。另外，從流體連續性方程（吳望一P107式3.1.3）
也可以推導出，流體密度物質導（物質點在流動過程中的密度變化率）：dρ/dt(ρ為密度)等于-div(v)，也可以表征流體可壓縮性。根據下式（吳望一P101第二式）：
dρ/dt可以表示為（吳望一P501第一式，黃克智P246式6.4.13）：
根據該式，可以看出當速度很小的時候，該式第二項（對流項）接近一個很小的數，而第一項表示定常性（吳望一P109），定常流動下第一項為0，所以直接導致密度對時間的物質導dρ/dt小到可以忽略。通過這種忽略對方程的簡化進而解出來的解是比較符合實際觀察的，也滿足工程需要（早些時候的機翼升力理論的基礎），所以這種對方程的簡化（速度散度為0）就沿襲下來了，這類流動叫做不可壓流動（吳望一P221底部）。
但是當速度很大的時候，該項就具有很大的值，這樣密度對時間的物質導數很大，流體在這種情況下的可壓性就不能忽略了，這種流動也叫做可壓流動。總之，實際上可壓流動才是正常存在的，不可壓流動只是對方程的一種理想化（這種理想化是滿足工程應用的）。空氣雖然是一種比較可壓的物質，但是在低速的情況下，其流動是一種不可壓流動，也就是速度還沒大到產生讓其體積或密度沿著流線產生明顯變化的壓力。
總結：流動的可壓不可壓是表示在建立方程的時候要不要忽略體積的變化，或者要不要將流體當成是可壓縮性無窮大的物質。
參考資料：
吳望一《流體力學》第二版，北京大學出版社。
黃克智《張量分析》第二版，清華大學出版社。
米海珍《塑性力學》，清華大學出版社，2014。
展開 可壓縮流動概念</strong></p><p><br></p><p>對于部分易于壓縮的流體，如果計算域內各處壓力變化很大則密度變化也很大。如Ma大于0.3，則密度變化不可忽略，屬可壓縮流動。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5QicllYYB1LGxLRsmlVsOEBfSjtFdaGMzN7ic648ibUGicar0SNNCnH5AoX17gQ/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"></p><p><br></p><p>可壓縮流動按馬赫數大小可分為亞聲速流動（Ma=0.3～0.8左右）、跨聲速流動（Ma=0.8～1.2左右）、超聲速流動(Ma=1.2～5.0左右)和高超聲速流動（Ma>5.0）。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5Qicllx4J1QWfpxdP3ESAO4M9QNKDicmPIOJeAYHhshtocv4zKs51KhBWthDw/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"></p><p>一般Ma大于0.3就認為流體屬于可壓縮流動，Ma小于0.3屬于不可壓縮流動。</p><p><br></p><p><strong>2. 模型描述</strong></p><p><br></p><p>模型為二維planar的噴嘴，噴嘴輪廓為正弦形狀，噴嘴入口高度0.2m，壓力為0.9atm；噴嘴出口壓力0.7369atm。
展開 參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了方腔內兩股高速氣流的混合流動。
計算域：300mm X 72 mm
物質屬性：理想氣體，比熱為1006.43J/kg-K，導熱系數為0.0242 W/m-K，粘度1.4399e-05kg/m-s
邊界條件：氣流（1）：總壓487 kPa，靜壓36 kPa，溫度360 K，馬赫數2.35，湍動能74 m2/s2，湍流耗散率62300 m2/s3
氣流（2）：總壓37.6kPa，靜壓36 kPa，溫度290 K，馬赫數0.36，湍動能226 m2/s2，湍流耗散率332000 m2/s3
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為3000
注意：這里左側為壓力入口邊界，平均分為上下兩個部分，上方為氣流1流入，下方為氣流2流入，同樣，在右側壓力出口處也分為上下兩個部分。
計算設置
本次計算為穩態湍流計算，求解選擇密度基。
物質屬性
計算物質設置它的密度、比熱、導熱系數和粘性
湍流模型
選擇RNG k-e湍流模型
能量方程
激活能量方程
邊界條件
設置上下兩束氣流
壓力出口上下對應兩個位置的設置
設置求解方法和松弛因子
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
x=50mm位置處水平速度值對比圖
參考文獻
S.G. Goebel, J.C. Dutton. “Experimental Study of Compressible Turbulent Mixing Layers”. AIAA Journal, Vol. 29, pp. 538-546, 1991.
展開 1. 前言
2.使用Docker安裝OpenFOAM
3.在Windows上與其他附加軟件一起安裝
4. rhoCentralFoam中的沖擊管模擬
5.設置rhoPimpleFoam和rhoCentralFoam的缺點
800M，英文視頻，中文字幕，帶案例文件
作者Cadence CFD 解決方案
要點
分析機翼上不可壓縮流動的重要性。
翼型流體流動分析方法。
用于不可壓縮流動分析的最佳 CFD 工具。
不可壓縮流與可壓縮流
在物理學中，有一個大多數人都會同意的力悖論：當不可阻擋的力遇到不可移動的物體時會發生什么？對于外行來說，任何尋求解決此問題的努力似乎都是浪費時間。另一方面，科學家或工程師可能會應用需要充分審查的科學方法，以便可以從數學上定義假設。如果可以設計一個模型，那么就可以得到一個解決方案。
研究看似不可能的情況通常很有用。例如，了解接近這些條件的系統的物理特性或量化參數以優化物理設備的設計。這方面的一個例子是機翼上不可壓縮流動的研究。空氣是可壓縮的；然而，假設不可壓縮性對于空氣動力學分析和設計來說是有優勢的。
分析機翼上不可壓縮流動的重要性
在設計或研究當今的飛行平臺時，了解機翼周圍的氣流（無論是對稱的還是弧形的）至關重要。這對于確定飛機運行速度范圍內機翼和螺旋槳的最佳材料和形狀非常重要。而速度較慢的飛機（例如馬赫數 < 0.3）的氣流往往會滿足不可壓縮性的標準。
所有真實或自然的流體（包括空氣）都是可壓縮的。然而，如果速度恒定或接近恒定，飛機和機翼周圍的空氣流可以被視為不可壓縮。這等效地意味著，對于可定義的體積或流量塊，密度是恒定的。做出這一假設可以顯著簡化翼型氣流的 CFD 分析。
翼型流體流動分析方法
求解大多數流體力學分析以及翼型研究的基礎是可壓縮納維-斯托克斯方程，如下所示。
可壓縮納維-斯托克斯方程
該方程通常用連續性方程求解，計算量大且耗時。因此，如果可能的話，通常會追求簡化。
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可壓縮流動仿真的相關專題、標簽、搜索
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1. 前言
2.使用Docker安裝OpenFOAM
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4. rhoCentralFoam中的沖擊管模擬
5.設置rhoPimpleFoam和rhoCentralFoam的缺點
800M，英文視頻，中文字幕，帶案例文件
參考資料見文后，文中的引用以“作者+頁碼”、“作者名年份+頁碼”等方式呈現。
-----可壓縮性
可壓縮性是由體積模量決定的，體積模量的倒數就是可壓縮系數。在討論可壓縮性的時候，利用lamda+2G/3或者E/（3*（1-2v）來討論會更方便一些，尤其是后者。根據E/（3*（1-2v），在現實中也發現，泊松比接近0.5的時候，體積模量接近無窮大，表示物質接近不可壓，泊松比接近0的時候
<p><strong>1. 可壓縮流動概念</strong></p><p><br></p><p>對于部分易于壓縮的流體，如果計算域內各處壓力變化很大則密度變化也很大。如Ma大于0.3，則密度變化不可忽略，屬可壓縮流動。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5QicllYYB1LGxLRsmlVsOEBfSjtFdaGMzN7ic648ibUGicar0SNNCnH5AoX17gQ
作者Cadence CFD 解決方案
要點
分析機翼上不可壓縮流動的重要性。
翼型流體流動分析方法。
用于不可壓縮流動分析的最佳 CFD 工具。
不可壓縮流與可壓縮流
在物理學中，有一個大多數人都會同意的力悖論：當不可阻擋的力遇到不可移動的物體時會發生什么？對于外行來說，任何尋求解決此問題的努力似乎都是浪費時間
本文授權轉載自訂閱號：南流坊
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從噴水器和真空系統到燃氣灶和按摩浴缸，再到化油器和燃油噴射系統，噴嘴在許多工程應用中都很常見。噴嘴是具有不同橫截面積的幾何結構，其目的是控制流經噴嘴流體的特性。它們通常用于改變（增加）流體流動的速度。噴嘴的核心是質量守恒和動量守恒。
對于密度恒定的不可壓縮流
康奈爾大學與Ansys合作提供的全新在線課程側重于幫助學員理解如何在實際案例中運用Ansys Fluent等課題，比如這個飛機模型的可壓縮流動仿真示例
康奈爾大學課程現已開放報名，了解更多詳情或者報名平臺，請訪問：www.ecornell.cornell.edu/certificates/engineering/fluid-dynamics-simulations-using-ansys
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湍流模型一直是CFD計算中非常重要的一部分內容，以上圖所示的平板流動為例，勻速流體接觸到平板的前緣，開始形成一個層流邊界層。該區域的流動很容易預測。經過一段距離后，流場中開始出現較小的混沌振動，流動開始轉變為湍流，并最終完全轉變為湍流。
以后臺階湍流為例，研究FLUENT中提供的湍流模型計算結果與實驗數據對比，說明湍流仿真中的注意事項。
網格模型
充分發展湍流入口速度分布，
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了方腔內兩股高速氣流的混合流動。
計算域：300mm X 72 mm
物質屬性：理想氣體，比熱為1006.43J/kg-K，導熱系數為0.0242 W/m-K，粘度1.4399e-05kg/m-s
邊界條件：氣流（1）：總壓487 kPa，靜壓36 kPa，溫度360
