Има много начини да се експериментално измерване на налягането на течността. Когато създадете компютърен модел на хидродинамични процеси важни за използване на необходимото налягане за граничните условия и определяне на свойствата на материалите. В тази статия ще разгледаме разликите между относително и абсолютно налягане, да обясни защо софтуерен пакет COMSOL Multiphysics® относителното налягане се използва за решаване на проблемите хидродинамика, и ще ви покаже кога да се прилагат тези методи за определяне на налягането.
Каква е разликата между абсолютно и относително налягане?
В механика флуид под налягане се определя като съотношението на сила на повърхностна площ към която се прилага сила. COMSOL Multiphysics позволява да се решат на Навие - Стокс уравнения. описване на потока от течност, и да намерят поле скорост и налягането на флуида се движат.
изчислителна хидродинамика проблемите на налягане могат да бъдат определени по два начина, като се използва или абсолютно или относително налягане.
абсолютно налягане
Абсолютно налягане наречен вярно налягане течност спрямо вакуума. Например, ако мярката на барометър налягането на въздуха на околната среда в един типичен ден, ние виждаме, че абсолютното налягане е около 1 атм или 101,325 кРа - Тази стойност съответства на атмосферно налягане на морското равнище. Нула съответства абсолютен вакуум под налягане.
Барометър може да се измери 950-1050 милибара налягане на въздуха (1 мбар = 100 Ра). Изображение условие Langspeed. Предлага се под лиценз CC BY-SA 3.0 от Wikimedia Commons.
относително налягане
Относителната налягане - налягане относителна течност към изходната стойност, която се използва като референтно ниво на налягане. А налягане - измерена спрямо налягането на налягането на околната среда, т.е. относително налягане, при условие, че налягането на околната среда се приема като начало. Обикновено относителната налягане се използва за описване затворени системи. Тя може да се измери манометъра - устройство, което позволява да се съпоставят с натиска на вътрешното налягане на външната среда.
Манометър се използват за измерване на относителното налягане в контрол на налягането станция. Моля, имайте предвид, че скалите, започнат от нула, което съответства на базовата стойност на налягането в системата. Снимка на Holmium - собствена разработка. Предлага се под лиценз CC BY-SA 3.0 от Wikimedia Commons.
Абсолютно налягане и относително налягане са свързани, както следва:
В случая, когато се използва налягането на вакуум, стойностите на абсолютното и относителното налягане са същите като на база налягане. В много случаи, стойността на основния налягане, съответстващо на атмосферно налягане или налягане на околната среда.
Нека да се съпоставят тези методи определят натиска, който виждаме в COMSOL Multiphysics. При решаването на проблемите на хидродинамиката софтуер COMSOL® изчислява компонентите на скоростта (U, V, W) и относително налягане (р). На следващо място, да обясним как се използват относително вместо абсолютно налягане като зависима променлива дава възможност да се изчисли точно налягането в нашия модел. Можем да използваме стойностите на относителното налягане при определяне на началните и граничните условия, както е показано в следния пример.
Като се има предвид от налягането на течността в COMSOL Multiphysics®
Нека разгледаме един пример, който показва как да използвате променливи за абсолютни и относителни налягания в модела на COMSOL Multiphysics. За тази цел се използва прост модел на въздушен поток, който влиза в канала със скорост от 1 м / сек, при абсолютно налягане в изходна секция 1 атм. Горните и долни граници използване на нула условия скоростта, с изключение за кратко вход сечение, които са дадени условия на симетрия. Специфични условия за кратък входящ раздел избягват несъответствия гранични условия, възникнали, когато се определя равномерно разпределение на скоростта на входа, които не могат да бъдат удовлетворени при твърдите стени.
Диаграма на канал, минаващ през него и въздушен поток.
В променливите на модела за абсолютни и относителни налягания са отбелязани с р и spf.pA. В интерфейса за настройка за ламинарен поток (ламинарен поток), което свързва неизвестните променливи са компонентите на скоростта (U, V, W) и относителното налягане (р).
Настройки на прозорци (Настройки) със списък на зависими променливи.
Както се вижда от графиката по-долу, основно налягане подразбиране е 1 атмосфера. Тази стойност се използва за изчисляване на абсолютното налягане: spf.pA = р + spf.pref.
За да изберете параметър свиваемост Слабо свиваем поток (начинаещи свиваем среда), което означава, че плътността на средата зависи от температурата и налягането, изчислена за стойностите на базовата линия. Научете повече за различните настройки по скорост, може да бъде в предишната публикация в блог.
Задаване на основна налягане и свиваемост.
Сега ние се определят гранични условия. За нормална компонента на скоростта на въвеждане на съхраняване на стойности на 1 м / сек. Когато зададете гранично условие в изходната секция и началните стойности на неизвестните променливи трябва да въведете стойността на относителното налягане, като се има предвид определена базовата стойност, тъй като ние използваме настройките по подразбиране. При добавяне на изход виждаме, че относителна стойност по подразбиране налягане р = 0, т.е., абсолютното налягане е 1 атмосфера с помощта на референтна стойност на налягане по подразбиране.
Настройки на прозорец за гранични условия, при които стойността на относителното налягане, определени като първоначалната (вляво) и гранични (вдясно) условия.
Може би имате въпрос, защо в COMSOL® изчислява променлива за абсолютно налягане spf.pA. Абсолютното налягане се използва за изчисляване на плътността на свиваем флуид. Например, ако се върнем към описанието на свойствата на въздуха в канала, можем да видим, че плътността се изчислява от уравнението на състоянието на къде рА идеален газ - абсолютно налягане, Т - температура. От уравнението на състоянието на идеален газ влиза в абсолютното налягане при изчисляване на плътността трябва да бъде добавен към базовото ниво на налягане р относителното налягане. Въпреки това относителният принос на натиск върху общото налягане е толкова малка (0.00025%, виж по-долу.) Това при изчисляването на плътността може да използва основна ценност налягане - и точно изчислява плътността при избора на параметър Слабо сгъстим поток (за начинаещи сгъстим среда) , При системи с голяма промяна на налягането в потока може да избере Свиваем поток (сгъстим среда).
изчисление плътността на идеален газ.
Сега, като се има гранични условия за наш проблем, това е възможно да се получи своето решение и да се визуализира областта на потока от настоящите редове.
полето на потока в канала, както е показано от настоящите линии и областта на скоростта вектор.
В допълнение, може да се изгради разпределението на налягането в участъка на входа на канала (на Y-оста на левия вертикален край). Графиката по-долу показва, че промяната на налягането в рамките на входа на около 0.1 Pa на база налягане 10 5 Ра. Това означава, че базовата натиска на около един милион пъти по-големи от промяната в налягането в участъка на входа!
относително разпределение на налягането по вертикалната вход граница.
Разтворът на хидродинамични проблеми при използване на относителното налягане
По подразбиране в хидродинамиката разтвора в COMSOL Multiphysics като зависима променлива се използва относителното налягане, и когато е необходимо да се получи стойността на абсолютно налягане, например, за изчисляване на плътността на течността е просто добавя към относителна база налягане. Това увеличава точността на колебанията полевите налягане около Изчисляване на база стойност, и изчисляване на градиента на налягане.
Сега нека се върнем към нашия пример и да се изчисли загубата на налягане. С операции линия Средна (Хомогенизация по линия) може да се определи, че относителната стойност на налягането на входа е равна pinlet = 0,26 Ра.
Представете си сега, че сме решили проблема с помощта на абсолютното налягане. В този случай, при входа и изхода на натиск са равни съответно на 101 325.26 101 325.00 Ра и Ра. Относителната промяната в налягането между входа и изхода на канала секции е ,000253814%. Както е показано на графиката на разпределението на налягането на входа се променя дори повече незначителен: промени в налягането в рамките на една милионна част от стойността на абсолютно налягане. Такава малка относителна промяна е много трудно да се изчисли точно при решаване на уравнения.
Тъй като ние решим проблема числено, ние получаваме само приблизителни стойности на поле недвижими налягане. Налягането се определя във всеки един момент, докато цифровата Решението позволява да намерите стойностите на налягането в един сравнително малък брой точки. Поради грешки при закръгляването и интерполация появява числова грешка. Освен това, цифровата разтвор от уравнения могат да бъдат получени само с ограничена точност. Грешката намерен от числени методи натиск сравними с относително малки промени в налягането, което ние търсим. С натиск върху основата и относителното разширение, можем по-ефективно, отколкото чрез абсолютното налягане за изчисляване на градиентите на налягане и налягане спрямо атмосферни колебания в рамките на приемливи стойности на относителната грешка.
Как да настроите база налягане
Сега, когато се разбере какво се използва относително налягане при решаване на проблеми в хидродинамични COMSOL Multiphysics, става ясно колко е важно да се определи базовата налягането е вярна. Очевидно е, че стойността на база налягане 1 атм е подходящ за системи, работещи при налягане близко до атмосферното. При системи с много високо или ниско налягане използват основната стойност на налягането, което съответства на нивото на налягане на потока.
Например, в луковични обикновени нажежаема лампи е разреден аргон за да се предотврати окисляването на спиралата. Моделът на обучение на приложение галерии стойност база налягане се определя в съответствие с налягането на газа пълнене колбата (50 кРа). В началните стойности (начална стойност), относителното налягане определя като р = 0, което съответства на абсолютно налягане 50 кРа при предварително определено ниво на база налягане.
Моделиране конвекция аргон лампа с нажежаема жичка.
В симулацията на системи с много ниско налягане е важно да се уверите, че околната среда все още може да се счита за стабилно. За да разберете дали необходимостта от симулация по време на работа с техники на молекулярната физика. Можете да се изчисли броят Кнудсен, който е равен на съотношението на средната свободен пробег на частица с характерен размер на системата.
настройка Особено налягането на флуида в COMSOL Multiphysics®: преглед
На COMSOL Multiphysics за решаване на проблеми при използването на хидродинамиката на относителното налягане, което подобрява точността на изчисляване на полето за налягане. Това означава, че началните и граничните условия трябва да се настрои с ценностите на относителното налягане. Въпреки това, за да се изчисли плътността на газ е абсолютното налягане, която се изчислява чрез добавяне на основата и относителното налягане. За системи с високо налягане или база ниско налягане трябва да се определя в съответствие със средна стойност на налягането в системата.