Area-Weighted Average
關注創建者：流水跳跳 創建時間：2018-08-14
Area-Weighted Average的實例教程
太長不看版
如果工質是液體并且截面上的溫度分布比較均勻，而且滯止狀態離臨界點比較遠，那么用Mass-Weighted Average計算平均總壓比Area-Weighted Average好。如果工質是液體但不滿足這些條件或者工質是氣體，那么不能確定是Mass-Weighted Average好還是Area-Weighted Average好。總而言之，如果要精確計算的話最好將截面的速度分布、溫度分布等等導出到文件里面然后自己進行后處理。
FLUENT后處理模塊中有一個計算面積分的功能（Surface Integrals），當計算某個邊界的某物理量的平均值時，常常用到Area-Weighted Average（面積加權平均）和Mass-Weighted Average（質量加權平均）兩種不同的方法。（圖1、圖2）
圖1 面積加權平均
圖2 質量加權平均
對于一些物理量來說，是比較容易選擇平均的方法的。例如對于內能應該用質量加權平均，對于速度、壓力應該用面積加權平均。但是，對于另外一些物理量來說，卻不太容易選擇平均的方法，例如“總壓”（total pressure）就是這樣的一個物理量。由于總壓是流體能量可利用程度的度量[1]，所以在計算流體力學軟件的后處理中，總壓是經常需要計算的一個量。例如，評價航空發動機進氣道性能的時候，就需要計算進氣道出口截面的總壓，以便計算進氣道的總壓損失?？倝簱p失越小，說明氣流的做功能力損失得越小，即進氣道的性能越好。
那么，計算某個截面的平均總壓時，應該是用面積加權平均還是質量加權平均呢？乍一看，總壓的量綱和壓力是一樣的，所以似乎應該用面積加權平均，但其實這是不合理的。
為了理解這個問題，我們要明白總壓的定義?？倝菏侵笇⒘黧w速度絕能等熵地滯止到零的時候的壓力。
展開 2、各種壓力統計
利用Report中的Surface Integral進行壓力統計，這里取Area-Weighted Average。
圖 2 壓力統計
圖2為各種壓力統計，從圖中的數據可以得出以下結論：
（1）入口設置的是總壓，但靜壓不為0，出口設置的靜壓為0，統計得出的靜壓與設置值一致。
（2）入口與出口動壓基本保持一致，由于流量守恒，所以出口與入口平均速度保持一致，它們的細微差別在于出口位置速度分布不一致所造成，近似可認為它們一致。
（3）入口總壓統計值為500Pa，與輸入值保持一致。出口總壓358.87Pa，與入口總壓并不一致，因此在不可壓流動問題中，流量守恒，總壓不守恒。
（4）絕對壓力值=靜壓值+參考壓力值101325。
（5）總壓=靜壓+動壓。
3、進出口平均速度
圖 3 速度統計
從圖3所示的速度統計可以看出，進出口速度值相同（因為流量守恒）。
4、考察整個計算域
計算域內總壓不守恒，因為計算中考慮了粘性，粘性力會導致能量損失。下面將粘性模型改為無粘流Inviscid，如圖4所示。
圖 4 無粘流動
無粘計算的總壓統計結果如圖5所示。
圖 5 無粘計算總壓統計
從圖5可以看出，采用無粘模型計算，進出口總壓是守恒的，圖中數值上的細微差別是由于誤差所造成。
統計速度值，如圖6所示，可以看出，不管是否考慮粘性力，速度（或流量）始終是守恒的。
圖 6 速度統計
=========================OVER==========================
以上分析均為不可壓縮流動，下次考察可壓流動中的壓力流量關系。
展開 2、各種壓力統計
利用Report中的Surface Integral進行壓力統計，這里取Area-Weighted Average。
圖 2壓力統計
圖2為各種壓力統計，從圖中的數據可以得出以下結論：
（1）入口設置的是總壓，但靜壓不為0，出口設置的靜壓為0，統計得出的靜壓與設置值一致。
（2）入口與出口動壓基本保持一致，由于流量守恒，所以出口與入口平均速度保持一致，它們的細微差別在于出口位置速度分布不一致所造成，近似可認為它們一致。
（3）入口總壓統計值為500Pa，與輸入值保持一致。出口總壓358.87Pa，與入口總壓并不一致，因此在不可壓流動問題中，流量守恒，總壓不守恒。
（4）絕對壓力值=靜壓值+參考壓力值101325。
（5）總壓=靜壓+動壓。
3、進出口平均速度
圖 3速度統計
從圖3所示的速度統計可以看出，進出口速度值相同（因為流量守恒）。
4、考察整個計算域
計算域內總壓不守恒，因為計算中考慮了粘性，粘性力會導致能量損失。下面將粘性模型改為無粘流Inviscid，如圖4所示。
圖 4無粘流動
無粘計算的總壓統計結果如圖5所示。
圖 5無粘計算總壓統計
從圖5可以看出，采用無粘模型計算，進出口總壓是守恒的，圖中數值上的細微差別是由于誤差所造成。
統計速度值，如圖6所示，可以看出，不管是否考慮粘性力，速度（或流量）始終是守恒的。
圖 6速度統計
=========================OVER==========================
以上分析均為不可壓縮流動，下次考察可壓流動中的壓力流量關系。
展開 在Name中輸入p-inlet-y，勾選Plot，在Report
Type 中選擇Area-Weighted Average，在Field Variable中選擇Pressure和Static
Pressure，在Surface中選擇inlet-y，單擊OK按鈕確認。
（3）同步驟（2）設置inlet-z的監視面。
（4）在Surface Monitors下單擊Create按鈕彈出Surface Monitor（表面監視）對話框。
在Name中輸入tmax-outlet，勾選Plot，在Report
Type 中選擇Vertex maximum，在Field Variable中選擇Temperature和Static
Temperature，在Surface中選擇outlet，單擊OK按鈕確認。
在彈出信息對話框中單擊OK按鈕。
計算求解
（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。
在Number of Iterations中輸入200，單擊Calculate開始計算。
結果后處理
（1）單擊主菜單中Report→Result Reports按鈕，彈出Reports（報告）面板，雙擊Fluxes彈出Fluxes Reports（流量報告）對話框。
Option選擇Mass Flow Rate，Boundaries中選擇inlet-y、inlet-z和outlet，單擊Compute按鈕計算。
（2）單擊主菜單中Display→Graphics and Animations按鈕，彈出Graphics and Animations（圖形和動畫）面板，在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對話框。
展開 勾選Plot，在Report Type 中選擇Area-Weighted Average，在Field Variable中選擇User Defined Scalars和Potential Phi+，在Surface中選擇tab_p，單擊OK按鈕確認。
（5）在Volume Monitors下單擊Create按鈕彈出Volume Monitor（體積監視）對話框。
勾選Plot，在Report Type 中選擇max，在Field Variable中選擇Temperature和Static Temperature，在Cell Zones中選擇全部，單擊OK按鈕確認。
8、初始條件
單擊主菜單中Solve→Initialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設置）面板。
Initialization Methods中選擇Standard Initialization，單擊Initialize按鈕進行初始化。
9、計算求解
單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。
在Time Step Size中輸入30，No. of Time Steps中輸入50，單擊Calculate開始計算。
10、結果后處理
（1）在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對話框。
Contous of選擇User Defined Memory和Volumetric Ohmic Source，在Surface Types中選擇wall，單擊Display按鈕，顯示云圖。
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3 Area-Weighted Average
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如果工質是液體并且截面上的溫度分布比較均勻，而且滯止狀態離臨界點比較遠，那么用Mass-Weighted Average計算平均總壓比Area-Weighted Average好。如果工質是液體但不滿足這些條件或者工質是氣體，那么不能確定是Mass-Weighted Average好還是Area-Weighted Average好。
在Name中輸入p-inlet-y，勾選Plot，在Report
Type 中選擇Area-Weighted Average，在Field Variable中選擇Pressure和Static
Pressure，在Surface中選擇inlet-y，單擊OK按鈕確認。
（3）同步驟（2）設置inlet-z的監視面。
勾選Plot，在Report Type 中選擇Area-Weighted Average，在Field Variable中選擇User Defined Scalars和Potential Phi+，在Surface中選擇tab_p，單擊OK按鈕確認。
（5）在Volume Monitors下單擊Create按鈕彈出Volume Monitor（體積監視）對話框。
2、各種壓力統計
利用Report中的Surface Integral進行壓力統計，這里取Area-Weighted Average。
圖 2 壓力統計
圖2為各種壓力統計，從圖中的數據可以得出以下結論：
（1）入口設置的是總壓，但靜壓不為0，出口設置的靜壓為0，統計得出的靜壓與設置值一致。
2、各種壓力統計
利用Report中的Surface Integral進行壓力統計，這里取Area-Weighted Average。
圖 2壓力統計
圖2為各種壓力統計，從圖中的數據可以得出以下結論：
（1）入口設置的是總壓，但靜壓不為0，出口設置的靜壓為0，統計得出的靜壓與設置值一致。
