2022年雾化模拟算例 .pdf
1 静电雾化模拟算例问题描述本文利用 FLUENT 的 DPM 模型对带电液体的雾化情况进行研究。计算区域是一个直径100mm，高 70mm 的圆柱，简化为二维模型为100mm 70mm 的平面。喷头支撑结构分为上下两段，毛细孔径为0.5mm，带电液体从毛细管喷出。此题涉及到：一、利用 GAMBIT 建立静电雾化喷雾器计算模型1在GAMBIT 中画出燃烧器的图形；2对各条边定义网格节点的分布；3在面内创建网格；4定义边界类型；5为FLUENT5/6 输出网格文件。二、利用 FLUENT-2D 求解器进行求解1读入网格文件；2确定长度单位：MM ；3确定流体材料及其物理属性；4确定边界类型；5计算初始化并设置监视器；6 启用 DPM 模型，先计算连续相，在利用UDF 计算离散相；7利用图形显示方法观察流场、压力场与温度场。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页2 一利用 Gambit 建立雾化模型第一步：启动 gambit 并选定求解器 FLUENT/UNS) 第二步：创建雾化模型操作： Operation Tools Coordinate System在弹出的 Display Grid 对话框中，输入X,Y 的值，分别是100， 70，点击 Apply 。图 1 雾化区域计算图第三步：建立喷嘴喷嘴支撑结构分为上下两部分，上段尺寸为5mm 5mm，下段为3mm 3mm,喷头直径为 0.5mm，长 10mm。按照点、线、面的顺序逐步生成，如图2 所示。图 2 喷嘴及支撑结构第三步：划分网格网格划分采用TGrid 类型，喷头附近网格划分密集Intervai size 为 0.3， 四周稀疏Intervai size 为 1，这样可以减少计算量。划分后的网格如图3 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页3 图 3 网格划分图第四步：设置边界类型操作 ：ZONES SPECIFY BOUNDARY TYPES打开边界类型设置对话框如图4所示图 4 边界条件对话框图 5 边界条件设置第五步：输出 2D 网格操作 ：File Export Mesh 输出 3D 网格，完成Gambit 前处理边界名称边界类型液体进口inlet2 VELOCITY-INLET 支撑结构及喷头Wall Wall 接收板 Wall Wall 空气入口inlet1 VELOCITY-INLET 空气出口outlet PRESSURE-OUT 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页4 二利用 FLUENT-2D求解器进行模拟计算第一步：与网格相关的操作1读入网格文件操作 ：File Read Case 在读网格文件后， 将在 FLUENT 的 console 窗口中，报告网格和其他一些相关文件信息2检查网格操作 ：Grid Check网格检查列出网格的最小和最大的x 与 y 值， 并报告其他许多关于被检查网格的特征或错误，比方，网格体积必须不为负。3网格比例设置FLUENT 的缺省单位是m假设网格是以cm 单位建立的，在Scale Grid 面板中应选用相应的比例关系。操作 ：Grid Scale 在 Units Conversion 中的下拉列表中选cm 表示网格以厘米生成。点击Scale4显示网格操作 ：Display Grid 图 6 雾化模型的网格显示图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页5 第二步：设置求解模型1定义计算域为2D，且保持缺省的求解器操作 ：Define ModelsSolver 打开 “Solver ”对话框如图7 所示图 7 求解器对话框2空气相选用层流模型操作 ：Define ModelsViscous 打开 “Viscous Mode ”对话框如图8 所示图 8 计算模型对话框第三步：流体材料设置操作 ：Define Materials 选择理想气体参数，点击Close 关闭此面板。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页6 图 9 材料对话框第四步：边界条件设置1打开边界条件面板操作 ：Define Boundary Conditions 打开 “Boundary Conditions”对话框如图10 所示图 10 边界条件对话框1.设定空气进口inlet1 的边界条件如图 11 所示，赋予如 “Velocity Inlet”面板所示的进口边界条件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页7 图 11空气速度进口边界条件4设定空气出口pressureoutlet 边界条件，见图12 所示图 12 压力出口边界条件5. 设定支撑结构和喷嘴外壁的边界条件。接收板Wall2 的设定同上。图 13 壁面边界条件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页8 第五步：初始化并求解1设定初场操作 ：SovleInitializeInitialize 见图 14 所示图 14求解初始化在 Computer From 下拉列表中选择inlet1 2点击 Init 设定变量初值，然后关闭面板2设定松弛因子操作 ：SolveControls Solution 保持默认值。图 15求解控制对话框3在计算期间打开残差的图形监视图操作 ：SolveMonitors Residual 见图 16 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页9 图 16 残差监视对话框4 保存 case文件操作 ：File Write Case (1)保持 Write Binary Files 键打开，以生成一个较小的未格式化的二进制文件；(2)在 CaseFile 文本框中，键入文件名字；(3) 点击 OK5进行迭代计算操作 ：SolveIterate 见图 17 所示图 17迭代对话框精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页10 6保存 case和 date 文件操作 ：File Write Case&Date 此时，连续相的计算以完成，接下来进行离散相，即带电液体的计算。第六步利用 UDF 加入源项1. 编译程序操作： Define User defined Functions Interpreted点击 Browse 选择程序所在的文件，其他保持默认值，点击Interpret。图 18 编译窗口程序如下：#include udf.h #include dpm.h DEFINE_DPM_SOURCE(ele_dpm,c,t,source,strength,tp) real E; real source; real q; source=-q*E; 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页11 操作： Define User defined scalars .在 Number of User-Defined Scalars 中选择 2，如图 19 所示。图 19 自定义标量窗口七启用 DPM 模型计算离散相1. 启用 DPM 模型操作： Define modelsDiscrete Phase Model. 设置如图20 所示。图 20 DPM 模型设置点击 Injections ，在弹出的Injections 窗口中，选中Injection-0 ，点击 Set，如图 21。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页12 图 21 Injections 窗口图 22 设置窗口在弹出的 Set Injection Properties 窗口中，在 Release From Surfaces下拉菜单中选择inlet2 ，设置如图23。图 23 参数设置2. 材料设置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页13 操作： Define Materials .在材料对话框中选择water-liquid ，其参数值保持默认值。操作：Define Boundary Conditions (1) 设置喷口inlet2 的边界条件在打开的 “Boundary Conditions”对话框中选择inlet2 ，点击 “set ”，在弹出的Velecity Inlet窗口中，点击UDS，设置如图24，点击 DPM，设置如图25。图 24 自定义标量设置图 25 DPM 设置(2) 出口条件设置在打开的 “Boundary Conditions”对话框中选择outlet， 点击 “set ”， 在弹出的 Pressure Outlet窗口中，点击UDS，设置如图26，点击 DPM，设置如图27. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页14 图 26 UDS 设置图 27 DPM 设置(3) 支撑结构及接收板的边界条件设置在打开的 “Boundary Conditions”对话框中选择Wall1，点击 “set ”，在弹出的Wall 窗口中，点击 DPM，设置如图28. 图 28 Wall 设置窗口Wall2 的设置同上，只是在Boundary Cond Type 下拉菜单中选择trap。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页15 操作 ：SolveControls Solution 保持默认值。图 29 求解控制对话框注意：离散相不用再进行初始化了。5在计算期间打开残差的图形监视图操作 ：Solve Monitors Residual 6保存 case文件操作 ：File Write Case 7进行迭代计算操作 ：Solve Iterate 图 30 迭代计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页16 8保存 case和 date 文件操作 ：File Write Case&Date 计算结果收敛后，查看速度的等高线来检查当前解的情况。操作 ：Display Contours 见图 31 所示。图 31 等高线对话框(1)在 Contours Of 下拉列表中选择Velocity 和 Velocity Magnitude ；(2)按 Display 图 32 速度等高线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页
