不可压缩流的定义

计算科学 流体动力学
2021-12-08 04:45:04

众所周知,不可压缩流动在现实中并不存在,它是为了简化控制方程而引入的一个假设。我们不能直接应用这个假设。通常,马赫数(M<0.3,对于不可压缩流动)、密度变化(零密度变化)和速度发散(对于不可压缩流动等于零)是定义流动为不可压缩流动的常用标准。据观察,在传热问题(如自然对流)的情况下,密度会发生变化,这违反了最后两个标准。是否可以定义包括传热过程的不可压缩流动假设(意味着密度变化)?

4个回答

其他人指出了 Boussinesq 近似(请注意,它与用于水波的 Boussinesq 不同),但您也可以更进一步,在不采用完全可压缩公式的情况下允许较大的密度变化。这被称为“非弹性”模型,并且基本上保留了与不可压缩流相同的计算结构。有关不错的介绍,请参阅

为了补充约翰的答案,在密度变化很小的低速流动中,使用Boussinesq 近似来近似由于温度或稀物质浓度引起的密度变化是非常非常常见的。这将密度变化近似为温度的线性函数,因此从控制方程中去除了可变密度。

不可压缩性仅定义为螺线管的速度场。不可压缩性并不意味着密度变化必须为零。从连续性方程来看,速度场散度为零的要求只要求材料的密度导数为零。也就是说,材料流体粒子的密度必须是恒定的。这与要求密度在空间上是恒定的不同。

可压缩性定义为 所以如果你替换我们得到使用(欧拉方程)。因此,您可以粗略地说,当速度足够高时,可压缩性的影响会增加。在自然对流优于强制对流的情况下,速度或更准确地说是理查森数的数量级为 < O(1)。那是不可压缩的域。您可以使用不可压缩的 NS 方程,对自然对流使用 Bousinessque 近似。

τ=dvvdp
v=1ρ
dρ=ρτdp=ρ2τVdV
V