雾化模拟算例.docx

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雾化模拟算例

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。

本题涉及到：

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。

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→CoordinateSystem

在弹出的DisplayGrid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Intervaisize为0.3，四周稀疏Intervaisize为1，这样可以减少计算量。

划分后的网格如图3所示。

图3网格划分图

第四步：

设置边界类型

操作：

ZONES

→SPECIFYBOUNDARYTYPES

打开边界类型设置对话框如图4所示．

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

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．

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，比如，网格体积必须不为负。

　　3．网格比例设置

　　FLUENT的缺省单位是m．若网格是以cm单位建立的，在ScaleGrid面板中应选用相应的比例关系。

　　操作：

Grid→Scale．．．

（１）在UnitsConversion中的下拉列表中选cm表示网格以厘米生成。

　　（２）点击Scale．

　　4．显示网格

　　操作：

Display→Grid．．．　

图6雾化模型的网格显示图

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→Models→Solver．．．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→Models→Viscous．．．

　　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。

　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→BoundaryConditions．．．

打开“BoundaryConditions”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“VelocityInlet”面板所示的进口边界条件．

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

第五步：

初始化并求解

1．设定初场

操作：

Sovle→Initialize→Initialize．．．见图14所示．

图14　求解初始化

（１）在ComputerFrom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：

Solve→Controls→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：

Solve→Monitors→Residual．．．见图16所示．

图16残差监视对话框

4．保存case文件

　　操作：

File→Write→Case．．．

（1）　保持WriteBinaryFiles键打开，以生成一个较小的未格式化的二进制文件；

（2）　在Case　File文本框中，键入文件名字；

　　（3）点击OK．

　　5．进行迭代计算

　　操作：

Solve→Iterate．．．见图17所示．

图17　迭代对话框

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→Userdefined→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"

#includeq1.5e-15

DEFINE_DPM_SOURCE（ele_dpm,c,t,source,strength,tp）

{

realE;

realsource;

realq;

source=-q*E;

}

2.自定义标量

操作：

Define→Userdefined→scalars…..

在NumberofUser-DefinedScalars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→models→DiscretePhaseModel….设置如图20所示。

图20DPM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。

图21Injections窗口图22设置窗口

在弹出的SetInjectionProperties窗口中，在ReleaseFromSurfaces下拉菜单中选择inlet2，设置如图23。

图23参数设置

2.材料设置

操作：

Define→Materials….

在材料对话框中选择water-liquid，其参数值保持默认值。

3.边界条件设置

操作：

Define→BoundaryConditions．．．

（1）设置喷口inlet2的边界条件

在打开的“BoundaryConditions”对话框中选择inlet2，点击“set”，在弹出的VelecityInlet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25DPM设置

（2）出口条件设置

在打开的“BoundaryConditions”对话框中选择outlet，点击“set”，在弹出的PressureOutlet窗口中，点击UDS，设置如图26，点击DPM，设置如图27.

图26UDS设置图27DPM设置

（3）支撑结构及接收板的边界条件设置

在打开的“BoundaryConditions”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28Wall设置窗口

Wall2的设置同上，只是在BoundaryCondType下拉菜单中选择trap。

4.设置松弛因子

操作：

Solve→Controls→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

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ContoursOf下拉列表中选择Velocity和VelocityMagnitude；

（2）　按Display．

图32速度等高线