射流CFD模拟课程设计

1、基于ICEM和FLUENT的喷嘴非淹没射流模拟,主要内容,射流及VOF模型介绍 数学模型说明 ICEM网格划分 FLUENT求解过程及结果,射流,射流是流体运动的一种重要类型，射流的研究涉及到许多领域，如热力学、航空航天学、气象学、环境学、燃烧学、航空声学等。在机械制造与加工的过程中，就经常利用压缩空气喷枪喷射出高速射流进行除尘、除水、冷却、雾化、剥离、引射等。在工业生产中，改善气枪喷嘴的设计，提高气枪的工作效率对于节约能源具有重大的意义。 一股速度很大的流动射入周围流体时所形成的流动，称之为射流。而按照射流周围介质的性质，射流又可以分为淹没射流和非淹没射流。若射流介质与周围介质相同则称为淹没

2、射流，若不同则称为非淹没射流。淹没射流因为周围介质为同一种介质，故而射流的能量很快就传递到了周围介质中，这也就决定了淹没射流在出口处有一个短暂的加速之后速度会很快降低。而非淹没射流如水射人空气中，因空气对水的阻力较小，故而轴线上的速度减弱较慢。,VOF模型,VOF模型（Volume of Fluid）通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括流体喷射、流体中大泡运动、流体在大坝坝口的流动、气液界面的稳态和瞬态处理等。 它的限制是必须使用分离求解器，只有一种物相可以是可压缩流体，不能计算流动方向的周期性流动、组元混合与反应流动和无粘流动，

3、不能与大涡模拟（LES）同时进行计算，不能采用二阶隐式时间推进格式，不能使用壁面的薄壳传导模型。,喷嘴射流流动的数学模型连续性方程,喷嘴射流流动的数学模型N-S方程,ICEM结构网格划分（关于结构网格与非结构网格的说明）,ICEM结构网格划分,本次模拟采用ICEM CFD对模型进行结构网格划分，网格质量较高。模型主要参数如下：喷嘴进口直径：4.5mm，喷嘴出口直径1mm，具体模型参数将在报告中给出。,网格质量检查结果,利用Determinent2x2x2标准进行检查的结果，显示网格质量非常好。,采用Angle标准进行检查的结果，也显示网格质量良好。,局部网格放大图,喷嘴进口，边界层进行了加密。

4、,局部网格放大图,喷嘴出口口，出口处进行了加密。,局部网格放大图,喷嘴整体网格划分,Fluent模拟过程,.导入网格并检查质量 .时间类型及对称设置 .设置VOF多相流模型 .选取湍流模型 .调取水并进行两相流设置 .运行工况条件设置 .边界条件设置（包括进口边和出口边） .求解方法设置 .松弛因子设置 .残差图设置 .计算初始化 .动画设置 .设置时间步长 .计算及结果展示,网格导入及网格质量报告,设置time类型为Transient,计算区域类型为二维对称型,VOF模型设置,湍流模型设置,调入水并进行两相设置,运行工况设置,进口边,出口边,求解方法保持默认,松弛因子保持默认,设置残差图,初

5、始化，注意water volume fraction设置为0，表明初始时环境中全部是空气,动画设置,设置时间步长,计算结果展示（进口速度为10m/s时速度云图）,进口速度为10m/s时速度云图（时间较长）,进口速度为10m/s时速度云图（动态图）,计算结果展示（进口速度为10m/s时涡量云图）,进口速度为10m/s时残差图,计算结果展示（进口速度为100m/s时）,速度云图,反思及拓展,1.问题的几何模型建立还有些问题，总结来说就是太长太宽，不仅浪费计算机内存，更会影响结果的准确性。 2.本次模拟中对于时间步长及库朗数的设置还存在一些问题，有待深入学习探讨。 3.后处理仍然不足。 4.可以通过改变重力加速度的设置及其他参数进行喷泉模拟。 5.水的射流速度可以再加大，在亚音速和超音速情况下进行模拟，但数学模型及其他参数可以修改。,主要参考文献,王福军.计算流体动力学分析CFD软件原理与应用 周文会.高压水射流喷