FluidFlowPDEComponent
FluidFlowPDEComponent[vars,pars]
生成带有变量 vars 和参数 pars 的流偏微分方程项.
更多信息
- FluidFlowPDEComponent 返回用作偏微分方程一部分的微分算子之和:
- FluidFlowPDEComponent 模拟粘性流体在外加力和约束条件下的流流动.
- FluidFlowPDEComponent 创建偏微分方程分量以进行稳态、时间相关的参数分析.
- FluidFlowPDEComponent 模拟流体流动现象,速度 、 和 以 [] 为单位, 为自变量,单位为 [],时间变量 单位为 [].
- FluidFlowPDEComponent 创建二维和三维空间中的偏微分方程分量.
- 静态变量 vars 为 vars={{u[x1,…,xn],v[x1,…,xn],…,p[x1,…,xn]},{x1,…,xn}}.
- 时间相关变量或本征模变量 vars 为 vars={{u[t,x1,…,xn],v[t,x1,…,xn],…,p[x1,…,xn]},t,{x1,…,xn}}.
- FluidFlowPDEComponent 生成的不同分析类型的方程取决于 vars 的形式.
- FluidFlowPDEComponent 使用向量值的纳维-斯托克斯方程与连续性方程相结合创建方程组.
- 流体动力学偏微分方程 FluidFlowPDEComponent 的时变平衡方程基于纳维-斯托克斯方程和连续性方程,其中 为质量密度,单位为 [], 为流体速度,单位为 [], 为时间,单位为 [], 为粘性应力张量,单位为 [], 为压强,单位为 [], 为单位矩阵, 为体积负荷矢量,单位为 []:
- 在可压缩形式中,粘性应力张量 给定为:
- 在这里, [] 是动力黏度,而无限小、微小变形应变率测量 [1/]给定为:
- FluidFlowPDEComponent 根据质量密度 值的性质,创建可压缩或不可压缩流体流动的偏微分方程模型.
- 可压缩流体动力学模型给出如下:
- 对于恒定的质量密度值 ,质量连续方程简化为体积连续方程 ,粘性应力张量随之简化为 .
- 不可压缩流体动力学模型给出如下:
- 稳态平衡方程有 .
- 纳维-斯托克斯模型的项是力密度,单位为 [].
- 质量连续方程模型项的单位涉及力密度,单位为 [],而体积连续方程的单位为[1/].
- 层流流动通常出现在 的情况下,其中 是雷诺数.
- 雷诺数 的定义为 ,其中 [] 是特征长度, 是流速.
- 可以给出以下参数 pars:
-
参数 默认值 符号 "DynamicViscosity" - - ,动力粘度,单位为 []
"FluidLoad" 0 - ,体积力密度,单位为 []
"FluidDynamicsMaterialModel" "Newtonian" 无 "MassDensity" - - ,密度,单位为 []
"Material" - 无 "ModelForm" "Conservative" 无 "ReynoldsNumber" - - 如果 "Material" 已指定了,则材料常数将从材料数据中提取;否则,需要指定相关的材料参数.
- 可以指定雷诺数 ,而不是材料参数:
- 默认的材料模型是牛顿流动模型.
- 可以通过在参数 pars 中设置 "FluidDynamicsMaterialModel" 键来指定替代的材料模型.
- 以下是可用的非牛顿材料模型:
-
材料模型名称 "PowerLaw" "Carreau" "Bingham-Papanastasiou" "Herschel-Bulkley-Papanastasiou" - 对于可压缩的非牛顿流体,粘性应力张量 的定义如下:
- 表观粘度 是剪切速率 的函数.
- 可以通过 "FluidDynamicsMaterialModel"->< "ModelName"->< ... > > 来指定具有 "ModelName" 的材料模型的附加材料模型特定参数.
- "PowerLaw" 模型,作为一个通用模型,实现了 .
- 可以为 "PowerLaw" 模型给出以下参数:
-
参数 默认值 符号 "PowerLawExponent" - ,指数
"MinimalShearRate" ,最小剪切速率 "ReferenceShearRate" ,参考剪切速率 "PowerLawViscosity" ,幂律粘度 - 通用的 "Carreau" 模型适用于聚合物或血液流动,实现了 .
- "Carreau" 模型可以设置以下参数:
-
参数 默认值 符号 "PowerLawExponent" - ,指数
"TransitionExponent" 2 ,指数 "InfiniteShearRateViscosity" ,无限剪切速率下的粘度 "Lambda" ,松弛时间,单位为 [] "ZeroShearRateViscosity" ,零剪切速率下的粘度 - "Carreau" 模型也可用于 Cross 模型,其中 ,且 .
- "Bingham-Papanastasiou" 模型适用于粘塑性材料,实现了 .
- "Bingham-Papanastasiou" 模型可以设置以下参数:
-
参数 默认值 符号 "PlasticViscosity" - ,塑性粘度
"YieldStress" ,屈服应力 "ShearRateFactor" ,剪切速率因子 - "Herschel-Bulkley-Papanastasiou" 模型,"PowerLaw" 与 "Bingham-Papanastasiou" 模型的混合,实现了 . 该模型使用幂律计算 Bingham–Papanastasiou 模型的塑性粘度 ,并且可以设置两个模型的参数.
- 自定义表观粘度函数 fun 可以指定为 "FluidDynamicsMaterialModel"->< "Custom"->< "ApparentViscosityFunction"->fun > >.
- 自定义表观粘度函数 fun 的函数签名是 fun[name_,vars_,pars_,data__].
- 自定义粘性应力张量函数 fun 可以指定为 "FluidDynamicsMaterialModel"->fun.
- 自定义粘性应力张量函数 fun 的函数签名是 fun[vars_,pars_,data__].
- 非等温流动可以通过 Boussinesq 近似来建模.
- FluidFlowPDEComponent 使用 "SIBase" 单位. 几何图形必须采用与偏微分方程相同的单位.
- 如果 FluidFlowPDEComponent 取决于在关联 pars 中指定为 …,keypi…,pivi,…] 的参数 ,则参数 将替换为 .
范例
打开所有单元关闭所有单元范围 (8)
用 Activate 激活一个特定材料的流偏微分方程模型:
指定二维符号稳态流体动力学偏微分方程,其中动态粘度为 ,质量密度为 :
指定三维符号稳态流体动力学偏微分方程,其中动态粘度为 ,质量密度为 :
指定二维符号式时间相关的流体动力学偏微分方程,其中动态粘度为 ,质量密度为 :
应用 (3)
非牛顿流体 (1)
Wolfram Research (2024),FluidFlowPDEComponent,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/FluidFlowPDEComponent.html (更新于 2024 年).
文本
Wolfram Research (2024),FluidFlowPDEComponent,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/FluidFlowPDEComponent.html (更新于 2024 年).
CMS
Wolfram 语言. 2024. "FluidFlowPDEComponent." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/FluidFlowPDEComponent.html.
APA
Wolfram 语言. (2024). FluidFlowPDEComponent. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/FluidFlowPDEComponent.html 年