可压缩流动是流体密度变化不能忽略的流动。其实流体都具有程度不同的可压缩性,在流动中,流体速度变化必伴随压强变化,而压强变化又引起密度变化。液体的压缩性很小,流动中的压强变化不足以引起明显的密度变化(水下爆炸、水击等情况除外),因而液体流动一般都属于不可压缩流动。
气体流动中的密度变化可按欧拉方程分析
dρ/ρ=-2Madv/v
式中,Ma是马赫数;ρ、v分别是密度和速度。
若Ma很小,则密度变化可以忽略,属不可压缩流动范畴。若Ma不很小,如大于0.3,则密度变化不可忽略,属可压缩流动。在不可压缩流动中,流动参数通常仅为速度和压强;但在可压缩流动中,还须增加密度,并伴随温度。变量增加了,控制方程的数目和求解的复杂性也增加了。可压缩流动按马赫数大小可分为亚声速流动(Ma=0.3~0.8)、跨声速流动(Ma=0.8~1.2)、超声速流动(Ma=1.2~5.0)和高超声速流动(Ma>5.0)。高速飞行器和航天器的飞行马赫数大多远超过0.3,其绕流问题都必须按可压缩流动的理论处理。(www.xing528.com)
由于存在湍流,可随意激活可压缩算法。实际上对于所有的可压缩分析都应激活湍流(尽管原则上对于高马赫数,雷诺数肯定能在线性范围内)。当马赫数低到0.3时可能在不可压缩和可压缩算法的结果(压力、密度、速度分布)中存在差异。当马赫数高达0.7时,差异相当明显。
声速是流体的状态方程及其热力学温度的函数。对于恒定密度的流体来说,声速是无穷大的。对于理想气体,不管是否使用了不可压缩或可压缩求解算法,关系式均为
式中,R为通用气体常数;γ为比热容之比(Cp/Cv);T为热力学温度。
对于2-D可压缩分析,推荐使用四边形单元的网格。对于3-D情况,推荐使用六边形单元。
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