比焓 — CAE用语解说
比焓
在CFD的能量方程中出现"焓",这和使用温度的式子有什么不同吗?
比焓 h 是内部能量u与压力功pv的组合量,h = u + pv [J/kg]。温度作为变量时,需要单独处理压力变动的影响,但使用焓可以用一个式子表现压缩性流动的压力功。特别是在喷气发动机内部这样的高速、压缩性流动中,比焓是不可缺少的变量。
定义
我也听说过全焓和静焓的差别…
静焓 h 是只由温度和压力决定的热力学量。全焓 h₀ = h + V²/2 是在此基础上加上动能的量。例如,在超音速喷嘴的分析中,全焓守恒,当流速增加时静温度就会下降,这种关系可以被追踪。在火箭发动机喷嘴的设计中,这种区别是非常重要的。
热解析中的角色
比焓特别重要的场景有哪些?
如果要列举三个的话,就是压缩性流动(高马赫数)、伴有相变的流动(蒸发·凝聚)、伴有化学反应的流动(燃烧)。例如,在铸造模拟中,金属凝固时会释放潜热,如果使用焓公式(焓法),即使温度保持不变,固液界面也会移动,这种现象可以自然地处理。
在非压缩性且不存在相变的情况下,基于温度的热传导方程就足够了。
$$ \rho c_p \frac{\partial T}{\partial t} = \nabla \cdot (k \nabla T) + Q $$
相关用语
使用比焓的分析中,需要记住的相关概念有哪些?
焓法与比热的温度依赖性是直接相关的概念。
压缩性与非压缩性在变量选择上会有很大的不同呢。我先确认一下自己的分析属于哪一种。
是的。马赫数在0.3以下就可以用非压缩性。更高的话就要考虑切换到基于焓的压缩性求解器。
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