2022年雾化模拟算例 .pdf

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、 ：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

6、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

7、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

8、 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

9、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 - - -

10、 - - - -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

11、 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

12、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 Ma

13、terials .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

14、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 - -

15、 - - - - -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