高速运动下的轴向速度和压强分析

不同磁场强度作用下，磁流变液在不同区域沿着轴向速度变化的曲线如图3.8 所示。没有施加磁场时，在入口和出口区域，流动最终都趋于稳定状态；而进入泡沫金属区域后，由于泡沫金属内部复杂的网状结构，其金属骨架会阻碍磁流变液的流动，流速减小。同时，与未施加磁场相比，施加磁场后，磁流变液通过泡沫金属区域时，由于磁场力的作用，磁流变液的速度减小；在最开始通过泡沫金属区域进入出口时，由于惯性的作用，速度继续下降，但最终又变成稳定流动。

为了更清楚地看到磁流变液的流动状态，图3.9 中给出了放大的磁流变液在泡沫金属区域流动的速度分布，磁场强度越大，流动速度越小。但由于磁场强度的变化而改变的速度值并不明显。也就是说，即使对磁流变液施加垂直于流动方向的磁场，磁流变液也完全能够通过泡沫金属区域。这一结论为后续研究基于泡沫金属的磁流变液阻尼器奠定了理论基础。

流体的静态压强就是表压测得的压强，是流体中分子的不规则运动产生的压力能与重力势能之和，静态压强的大小与参考压强相关。FLUENT 中流体的总压强为动态压强与静态压强之和。施加不同常量的磁场强度，磁流变液通过泡沫金属沿着流动方向的静态压强如图3.10所示。与没有施加磁场（B=0）相比，施加磁场后，磁流变液在泡沫金属中沿着轴向静态压强增大，直至增加到一个临界最大值后开始变小，该最大值的大小取决于所施加的磁场强度的大小。当磁场强度为1.5 T 时，最大值约为66 668 Pa。从图中还可以看出，无论是小于该临界值还是大于该临界值的静态压强几乎都呈线性变换。另外，由于FLUENT 中计算出来的压力值均为相对压力值，因此，在B=0 时的初始段，静态压强值为负值，说明这一阶段的静态压强值小于所设定的参考点处的大气压强。

图3.8　轴向速度分布

图3.9　泡沫金属内部的速度分布

有趣的是，对比图3.9 中的速度变化曲线，可以发现，在外加磁场作用下，静态压强的变化趋势与速度变化的趋势刚好相反。在速度大的区域，静态压强小；而速度越小的区域，静态压强越大。根据伯努利方程：(https://www.xing528.com)

式中　ρ——流体的密度；

　　　g——重力加速度；

　　　h——垂直高度；

　　　P——流体的压强。

图3.10　泡沫金属内部的静态压强分布

式（3.27）的第一项为重力势能，第二项为流体的压力能，第三项为流体的动能，const 为流体的总能量。