Hogyan kell beállítani a folyadék nyomása az oldat Computational Fluid Dynamics problémákra, COMSOL blog
Számos módja van, hogy kísérletileg mérni a folyadék nyomását. Amikor létrehoz egy számítógépes modellt áramlástani folyamatok fontos, hogy a megfelelő nyomás a peremfeltételek, és meghatározza az anyagok tulajdonságainak. Ebben a cikkben nézzük meg a különbségeket a relatív és az abszolút nyomás, hogy miért a szoftvercsomag COMSOL Multiphysics® relatív nyomás megoldására alkalmazzák hidrodinamikai problémák, és mutassa meg, hogy mikor kell alkalmazni ezeket a módszereket határoz meg a nyomást.
Mi a különbség az abszolút és relatív nyomás?
A folyadék mechanika nyomás a meghatározás szerint az arány a erőt, hogy felszíni területet, amelyre az erő hat. COMSOL Multiphysics lehetővé teszi, hogy megoldja a Navier - Stokes egyenletek. leírja a folyadék áramlását, és keresse meg a sebesség terén, valamint a mozgó folyadék nyomását.
A komputeres áramlási dinamika problémát a nyomás lehet két módon határozhatjuk meg, segítségével akár abszolút vagy relatív nyomás.
abszolút nyomás
Abszolút nyomás nevezik igaz folyadéknyomás képest a vákuum. Például, ha az intézkedés a környezeti levegő nyomása barométer egy tipikus nap, azt látjuk, hogy az abszolút nyomás körülbelül 1 atmoszféra vagy 101,325 kPa - Ez az érték megfelel a légköri nyomás a tengerszinten. Zéró megfelel a az abszolút nyomású vákuum.
Barométer mérhető 950-1050 mbar légnyomás (1 mbar = 100 Pa). A fényképek feltéve Langspeed. Elérhető licenc alapján CC BY-SA 3.0 Wikimedia Commons.
relatív nyomás
A relatív nyomás - a folyadéknyomás képest a kiindulási érték, amely a használt referencia nyomást szinten. A nyomás - a nyomás mért relatív környezeti nyomás, azaz, egy relatív nyomás a feltétellel, hogy a környezeti nyomás vesszük az origó. Általában a relatív nyomás leírására használjuk zárt rendszerekben. Meg lehet mérni a nyomásmérő - olyan eszköz, amely lehetővé teszi, hogy korrelál a nyomást a belső nyomás a külső környezet.
Nyomás szelvények mérésére a relatív nyomás a nyomásszabályozó állomáson. Felhívjuk figyelmét, hogy a mérleg nulláról indulnak, amely megfelel az alap értékének nyomás a rendszerben. Kép jóvoltából Holmium - saját munkáját. Elérhető licenc alapján CC BY-SA 3.0 Wikimedia Commons.
Abszolút nyomáson és relatív nyomás kapcsolódik a következőképpen:
Abban az esetben, ha a vákuum nyomást használják, az értékek az abszolút és relatív nyomás ugyanaz, mint a bázis nyomás. Sok esetben, az alap nyomás értéket, amely megfelel a légköri nyomás vagy a környezeti nyomás.
Nézzük korrelál ezek a módszerek a nyomás, hogy látjuk a COMSOL Multiphysics. A problémák megoldására a hidrodinamika szoftver COMSOL® kiszámítja a sebesség komponensek (u, v, w) és relatív nyomás (p). Ezután azt magyarázza, hogyan kell használni a relatív helyett az abszolút nyomás, mint a függő változó lehetővé teszi, hogy pontosan kiszámítani a nyomás a modellben. Tudjuk használni a relatív nyomás értékek beállításakor a kezdeti és peremfeltételek, amint az a következő példa.
Mivel adott a közegnyomás COMSOL Multiphysics®
Nézzünk egy példát, amely megmutatja, hogyan kell használni változók relatív és abszolút nyomás a COMSOL Multiphysics modell. Erre a célra egy egyszerű modellt a levegőáram, amely belép a csatornát egy sebesség 1 m / s abszolút nyomás mellett a kivezető szakasz 1 atm. A felső és alsó határai a nulla sebességű körülmények között, csak egy rövid bevezető szakaszon, melyeket a szimmetria feltételeket. Sajátos feltételei egy rövid bevezető szakasz következetlenségek elkerülése peremfeltételek keletkező megadásakor egyenletes eloszlását a belépési sebességnek, amelyet nem lehet elégedett a szilárd falak.
Diagram egy csatorna, amely átmegy rajtuk, és a levegő áramlását.
A modellben változók relatív és abszolút nyomás jelöljük p és spf.pA. A beállítási interfész Lamináris (lamináris áramlás alatt), hogy társítja az ismeretlen változók a sebesség komponensek (u, v, w), és a relatív nyomás (p).
Ablak Beállítások (Settings) listáját függő változók.
Amint az ábrából látható az alábbi, az alap alapértelmezett nyomás 1 atm. Ez az érték kiszámításához használt abszolút nyomás: spf.pA = p + spf.pref.
Ahhoz, hogy válasszon egy összenyomhatósága paraméter rosszul préselhető áramlás (Kezdő összenyomható közeg), ami azt jelenti, hogy a közeg sűrűsége függ a hőmérséklet és a nyomás számított a kiindulási értékeket. Tudjon meg többet a különböző összenyomhatóságot beállításokat lehet az előző blogbejegyzésben.
Beállítása egy bázis nyomás és összenyomhatóságot.
Most határozzuk meg a peremfeltételek. A normál komponens a bemeneti fordulatszám értékeinek eltárolása a 1 m / s. Ha meg egy peremfeltétel a kivezető szakasz és a kezdeti értékek az ismeretlen változók kell adnia az értéke a relatív nyomás, mivel a megadott bázis érték, hiszen az alapértelmezett beállításokat használja. Hozzáadásakor a kimeneti azt látjuk, hogy a relatív nyomás alapértelmezett érték p = 0, azaz, az abszolút nyomás 1 atm használatával egy alapértelmezett referencia nyomás értékét.
Ablak beállításokat peremfeltételek, amelyben a értéke a relatív nyomás definiáljuk, mint a kezdeti (balra) és a határoló (jobb) körülmények között.
Talán van egy kérdés, hogy miért a COMSOL® kiszámítja változó abszolút nyomás spf.pA. Az abszolút nyomást alkalmazunk a sűrűséget számítjuk ki, az összenyomható folyadék. Például, ha megy a leírását tulajdonságait levegő a csatorna, azt látjuk, hogy a sűrűséget a következő egyenletből számítható állami ideális gáz, ahol pA - abszolút nyomás, T - a hőmérséklet. Mivel a állapotegyenlet az ideális gáz belép az abszolút nyomás, amikor a sűrűséget számítjuk ki kell egészíteni, hogy a nyomás referencia szintet relatív nyomás p. Mindazonáltal a relatív hozzájárulását nyomás a teljes nyomás annyira kicsi (0,00025%, lásd alább.) Ez kiszámításakor sűrűség használhatja az alap nyomás érték - és pontosan kiszámítja a sűrűség paraméter kiválasztásával rosszul préselhető flow (Kezdő összenyomható közeg) . Azokban a rendszerekben, egy nagy változás a nyomás a áramban lehet választani Összenyomható áramlás (összenyomható közeg).
sűrűség számítása ideális gáz.
Most adott peremfeltételek mi a probléma, akkor lehetséges a megoldás, és láthatóvá tegye az áramlási mező a jelenlegi vonalak.
Az áramlási mező a csatorna, amint azt a jelenlegi vonalak és a sebességvektor mezőt.
Ezen felül, tudjuk építeni a nyomáseloszlás a bemeneti szakasz a csatorna (az y-tengelyen a bal oldali függőleges él). Az alábbi grafikon mutatja, hogy a nyomás változása a bemeneti szakasz körülbelül 0,1 Pa bázis nyomáson 10 5 Pa. Ez azt jelenti, hogy az alap nyomása körülbelül egymilliószor nagyobb, mint a nyomás változása a bevezető szakasz!
relatív nyomás eloszlása mentén a függőleges bemeneti határt.
A megoldás a hidrodinamikus problémák a relatív nyomás
Alapértelmezés szerint az oldat hidrodinamika a COMSOL Multiphysics mint függő változót a relatív nyomást alkalmazunk, és amikor szükséges, hogy megkapjuk az abszolút nyomás értéket, például, hogy kiszámítja a sűrűsége a folyékony egyszerűen hozzáadódik a relatív bázis nyomás. Ez növeli a pontosságot a nyomás mező ingadozások körül egy bázis érték kiszámítása, és kiszámítjuk a nyomáskülönbség.
Most térjünk vissza a mi példánkban, és kiszámítja a nyomásesés. A műveletek Vonal Átlagos (homogenizálást vonal mentén) tudjuk határozni, hogy a relatív értéke a nyomás a belépő egyenlő pinlet = 0,26 Pa.
Képzeljük el, most, hogy már megoldották a problémát, az abszolút nyomást. Ebben az esetben, a bemeneti és kimeneti nyomás egyenlők voltak rendre 101 325,26 101 325,00 Pa és Pa. A relatív nyomás megváltozása közötti bemeneti és kimeneti csatorna szakaszok ,000253814%. Mint látható a grafikonon a nyomás eloszlása a bemeneti változik még jelentéktelen: nyomás változásokat egy milliomod része az abszolút nyomást. Egy ilyen kis relatív változás nagyon nehéz pontosan kiszámítani, ha az egyenletek megoldásánál.
Mivel a probléma megoldása numerikusan, megkapjuk csak hozzávetőleges értéket a valós nyomás területén. A nyomás határozza minden ponton, míg a numerikus megoldás lehetővé teszi, hogy megtalálja a nyomás értékek viszonylag kis számú pontot. A kerekítés miatt a hibák és az interpolációs tűnik numerikus hiba. Továbbá, numerikus megoldása egyenletek lehet beszerezni csak egy korlátozott pontosság. A talált hibák numerikus módszerek nyomás összehasonlítható a viszonylag kis nyomás változások keresünk. A nyomás a bázis és a relatív bővítése, tudjuk hatékonyabban, mint az abszolút nyomás kiszámításához nyomásviszonyok és a légköri nyomáshoz viszonyított ingadozása megengedett értéken belül a relatív hiba.
Hogyan kell beállítani az alap nyomás
Most, hogy megértsék, hogy mit használnak relatív nyomás megoldásában hidrodinamikai problémák COMSOL Multiphysics, világossá válik, hogy milyen fontos az, hogy állítsa be a bázis nyomás megfelelő. Nyilvánvaló, az értéke a bázis nyomás 1 atm alkalmas rendszerek nyomáson működtettük közel atmoszferikus. Azokban a rendszerekben, nagyon magas vagy alacsony nyomású használja az alap nyomás értékét, amely megfelel a áramlási nyomás szinten.
Például, a burában közönséges izzólámpák van ritkított argon megelőzni az oxidációt az izzószál. A gyakorló minta alkalmazási Galériák bázis nyomás érték van beállítva összhangban a gáz nyomását kitöltő lombikba (50 kPa). A kezdeti értékek (kezdeti érték), a relatív nyomás meghatározása a p = 0, amely megfelel abszolút nyomás 50 kPa egy előre meghatározott bázis nyomás szinten.
Modellezése szabad konvekcióval argon izzólámpa.
A szimulációs rendszerek nagyon alacsony nyomású fontos, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a környezet is tekinthető szilárd. Annak kiderítésére, hogy szükség van a szimuláció során olyan technikákat molekuláris fizika. Lehet számítani a Knudsen szám, amely egyenlő az arány a szabad úthossza egy részecske a jellemző méret a rendszer.
Különösen folyadék nyomása beállítás COMSOL Multiphysics®: áttekintés
A COMSOL Multiphysics megoldani hidrodinamika problémák a relatív nyomás, ami javítja a pontosságát a számítás a nyomás mezőt. Ez azt jelenti, hogy a kezdeti és peremfeltételek kell állítani a relatív nyomás értékeket. Ahhoz azonban, hogy kiszámítja a gáz sűrűsége az abszolút nyomás, amelynek kiszámítása úgy, hogy a bázis és a relatív nyomások. A nagy nyomású rendszerek vagy alacsony nyomású bázist kell beállítani összhangban átlagos értéke a rendszer nyomásának.