计算变量参考

本章详细介绍了“计算”对话框(通过Calculate Variables菜单上的Analyze命令访问)中可用的函数。对于每个函数,除非显而易见,否则均给出了公式。对于具有等效 PLOT3D 函数编号的函数,也列出了这些编号。请参阅Selecting a Function了解如何使用这些编号的说明。

符号

以下符号用于下面的公式中。其他符号将在上下文中定义。

表 1. 分析符号表
符号 描述

参考量或自由流变量。

g

比热比,

r

密度,单位体积(二维中为单位面积)的质量。

I 方向的广义曲线坐标。

J 方向的广义曲线坐标。

K 方向的广义曲线坐标。

涡量

a

声速。

cp

定压比热容。

cv

定容比热容。

M

马赫数。

m

质量。

p

压力。

R

特定气体常数

T

温度。

速度矢量。

u

X方向速度分量。

v

Y方向速度分量。

w

Z方向速度分量。

标量网格质量函数

I、J、K 方向长宽比

最大边长平方与面面积之比:

对于矩形或正方形,该比值简化为:

对于面积为0的退化面,长宽比设为0。

对于多面体区域,计算给定单元所有面的最大长宽比。

I、J、K方向拉伸比

线段I2-I3与线段I1-I2(或J/K方向)的长度比:

使得拉伸比始终大于1。

拉伸比

若任一线段长度为0,则拉伸比设为1。

若您在Geometry and Boundaries对话框中指定相邻区域相连,且索引方向对齐,则这些拉伸比将在相连区域边界处保持连续。

I、J、K面倾斜度

1减去两条面对角线长度之比(对角线经比值处理,确保该值始终非负):

对于多面体区域,单元值为所有单元面中最大偏斜度。

ijk 偏斜度

单元对角线1或对角线2的偏斜度

1减去两条体对角线长度之比(始终非负)。共有四条体对角线,我们选取在非偏斜单元中应共面的对角线对,即(i,j,k)→(i+1,j+1,k+1)与(i,j,k+1)→(i+1,j+1,k)。

对于多边形区域,长度比值为0。

IJ、JK、KI 或最大法线偏斜度

两个给定面的面单位法向量的点积。

下图以IJ-倾斜度为例进行说明。

ij 偏斜度

I、J、K 或最小正交性

1减去指向给定面两条相邻边方向的两个单位向量点积的绝对值。

正交性

I、J、K 或最小非平面度

用面的四个节点构成两个三角形,用1减去这两个三角形单位法向量的点积。

非平面性

对于多面体区域,取所有单元面的最大值。

雅可比矩阵

对于有序区域,使用标准公式计算雅可比矩阵。

上述下标表示偏导数,通过有限差分近似计算。

对于有限元区域,Tecplot 360通过求每个节点周围网格单元平均面积或体积的倒数(1/A或1/V)来近似雅可比矩阵。

如果上述公式的分母为零(有序区域),或节点周围所有单元面积为零(有限元区域),则雅可比矩阵设为零。

单元体积

对于有序区域,特定节点(I, J, K)的单元体积是节点(I, J, K)与(I+1, J+1, K+1)之间单元的体积。在二维中,此函数变为单元面积。IMax、JMax和KMax边界上的节点分别被赋予与IMax-1、JMax-1和KMax-1节点相同的值。

对于有限元区域,节点的单元体积是该节点所属所有单元的平均体积(二维中为面积)。

矢量网格质量函数

网格 I、J 或 K 方向单位法向量

垂直于I=、J=或K=常数网格平面的单位长度向量。

单位法向量 for

对于多面体区域,结果将设为(1, 0, 0)。

标量流动变量

密度

流体单位体积的质量:

PLOT3D函数编号:100(未归一化)或101(已归一化)。

滞止密度

PLOT3D 函数编号:102(未归一化)或 103(已归一化)

压力

PLOT3D 函数编号:110(未归一化)或 111(已归一化)

总压

PLOT3D 函数编号:112(未归一化)或 113(已归一化)

压力系数

PLOT3D 函数编号:114(未归一化)。无已归一化压力系数的函数编号,因为参考值归一化不可行(自由流压力系数为零)。

滞止压力系数

PLOT3D 函数编号:115(未归一化)。同上,无已归一化滞止压力系数的函数编号。

皮托管压力

对于亚声速/不可压缩流动等于滞止压力。对于超声速流动:

PLOT3D 函数编号:116(未归一化)

皮托管压力比

皮托管压力除以自由流压力。PLOT3D 函数编号:117(未归一化)

动压

PLOT3D 函数编号:118(未归一化)

温度

PLOT3D 函数编号:120(未归一化)或 121(已归一化)

滞止温度

PLOT3D 函数编号:122(未归一化)或 123(已归一化)

每单位质量:

PLOT3D 函数编号:130(未归一化)或 131(已归一化)

滞止焓

per unit mass:

PLOT3D 函数编号:132(未归一化)或 133(已归一化)

内能

per unit mass:

PLOT3D 函数编号:140(未归一化)或 141(归一化)

滞止能量

per unit mass:

PLOT3D 函数编号:142(未归一化)或 143(归一化)

单位体积滞止能量

滞止能量乘以密度。PLOT3D 函数编号:163(未归一化)

动能

每单位质量的速度大小平方的一半

PLOT3D 函数编号:144(未归一化)或 145(归一化)

速度分量U, V,或W

标量速度分量。PLOT3D 函数编号:150(u,未归一化)、151(v,未归一化)或 152(w,未归一化)

速度大小

速度向量分量的 2-范数:

PLOT3D 函数编号:153(未归一化)

马赫数

对于可压缩流动,流速除以当地声速:

PLOT3D 函数编号:154(未归一化)

声速

PLOT3D 函数编号:155(未归一化)

横向流速

假设自由来流速度纯沿 X 方向:

PLOT3D 函数编号:156(未归一化)

等效位势速度比

速度大小与位势速度的比值,根据不可压缩伯努利方程计算得出。相关定义请参见前文章节 .

PLOT3D 函数编号:159(未归一化)。

X、Y、Z 方向动量分量

单位体积内密度与标量速度分量的乘积。

PLOT3D 函数编号:160(X方向动量,未归一化)、161(Y方向动量,未归一化)、162(Z方向动量,未归一化)。

PLOT3D 函数编号:170(未归一化)。

熵度量 S1

PLOT3D 函数编号:171(未归一化)。

X、Y、Z方向涡量

PLOT3D 函数编号:180(X方向涡量,未归一化)、181(Y方向涡量,未归一化)、182(Z方向涡量,未归一化)。

涡量大小

PLOT3D 函数编号:183(未归一化)。

Q准则

其中 和 S 分别为速度梯度张量的反对称分量和对称分量:

张量的范数采用 Frobenius 范数——即所有张量元素平方和的平方根。

旋流

PLOT3D 函数编号:184(未归一化)。

速度叉乘涡量大小

PLOT3D 函数编号:185(未归一化)。

螺旋度

PLOT3D 函数编号:186(未归一化)。

相对螺旋度

PLOT3D function number: 187 (not normalized).

过滤相对螺旋度

按上述方式计算,但在以下情况下设为零:

PLOT3D function number: 188 (not normalized).

激波

对于可压缩流动:

PLOT3D function number: 190 (not normalized).

滤波激波

激波,如上所示,但当压力梯度的幅值满足以下条件时设为零:

PLOT3D function number: 191 (not normalized).

压力梯度幅值

PLOT3D function number: 192 (not normalized).

密度梯度幅值

PLOT3D function number: 193 (not normalized).

X、Y、Z方向密度梯度

PLOT3D function numbers: 194 (X-density Gradient, not normalized), 195 (Y-density Gradient, not normalized), 196 (Z-density Gradient, not normalized).

阴影图

密度的拉普拉斯算子, .

PLOT3D function number: 197 (not normalized).

速度散度

PLOT3D function number: 158 (not normalized).

Sutherland定律

Sutherland定律是一种根据流体温度估算其粘度的方法。公式如下:

对于常数,Tecplot 360使用空气的米/千克/秒单位制,

以及C2= 110.4 K。与其他函数不同,此函数具有单位依赖性。Tecplot 360 使用米/千克/秒单位制进行计算,因此输入温度(数据集变量)必须为开尔文。计算得到的粘度单位为:kg/(m·s)。

等熵密度比

等熵压力比

等熵温度比

矢量流动变量

速度

速度矢量,

涡量

涡量分量参见上文。PLOT3D 函数编号:201(未归一化)。

动量

单位体积的动量,即密度乘以速度矢量。PLOT3D 函数编号:202(未归一化)。

扰动速度

PLOT3D 函数编号:203(未归一化)。

速度叉乘涡量

PLOT3D 函数编号:204(未归一化)。

压力梯度

压力在空间中的偏导数矢量:

PLOT3D 函数编号:210(未归一化)。

密度梯度

密度在空间中的偏导数矢量:

PLOT3D 函数编号:211(未归一化)。

速度梯度张量

除前几节列出的标量和矢量变量外,Tecplot 360 还可计算一个张量变量——速度梯度:

张量中的每个分量均作为数据集中的独立变量存储。变量名称指示其代表的分量,例如 dUdX、dUdY 等。