雾化模拟算例

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。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

2、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 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

3、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 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 ： ZONESSPECIFY BOUNDARY TYPES打开边界类型设置对话框如图 4 所示图 4 边界条件对话框第五步：输出 2D 网格操作 ： Mesh边界名称边界类型液体进口 inle

4、t2VELOCITY-INLET支撑结构及喷头 WallWall接收板 WallWall空气入口 inlet1VELOCITY-INLET空气出口 outletPRESSURE-OUT输出 3D 网格，完成 Gambit 前处理图 5 边界条件设置二 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 ： 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

5、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 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

6、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 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图 11 空气速度进口边界条件4设定空气出口 pressureo

7、utlet 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）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 ： Solve Controls Solution 保持默认值。图 15 求解控制对话框见图 16 所示3在计算期间打开残差的图形监视图操作 ： Solve Monitors Res

8、idual图 16 残差监视对话框4 保存 case 文件 操作 ： 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 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 ： 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

9、 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#include q1.5e-15DEFINE_DPM_SOURCE(ele_dpm,c,t,source,strength,tp)real E;real source;real q;source=-q*E;2. 自定义标量操作： 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

10、算离散相 1. 启用 DPM 模型操作： Define models Discrete 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。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. 材料设置操作： Define Materials .在材料对话框中选

11、择 water-liquid ，其参数值保持默认值。3. 边界条件设置操作： 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

12、口中，点击 UDS ，设置如图 26，点击 DPM ，设置如图 27.图 26 UDS 设置图 27 DPM 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(3) 支撑结构及接收板的边界条件设置Wall2 的设置同上，只是在 Boundary Cond Type 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。操作 ： Solve Iterate图 30 迭代计算5在计算期间打开残差的图形监视图6保存 case 文件7进行迭代计算操作 ： Solve Monitors Residu