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）确定长度单位：MM；（3）确定流体材料及其物理属性；（4）确定

2、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：OperationToolsCoordinate 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

3、、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。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所示边界名称边界类型液体进口inlet2VELOCITY-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图4边界条件对话框 图

4、5 边界条件设置第五步：输出2D网格操作：FileExportMesh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：FileReadCase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：GridCheck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Scale Grid面板中应选用相应的比例关系。操作：GridScale（）在Un

5、its 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：DisplayGrid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：DefineModelsSolver 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：DefineModelsViscous打开“ViscousMode”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：DefineMaterials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：D

6、efineBoundary 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：SovleInitializeInitialize 见图14所示图14求解初始化（）在Computer Fro

7、m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：SolveControlsSolution 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：SolveMonitorsResidual 见图16所示图16残差监视对话框4 保存case文件操作：FileWriteCase(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6保存case和date文件操作：

8、FileWriteCase&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：DefineUser definedFunctionsInterpreted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-15 DEFINE_DPM_SOURCE(ele_dpm,c,t,source,strength,tp) real E; real

9、source; real q; source=-q*E; 2.自定义标量操作：DefineUser definedscalars.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：DefinemodelsDiscrete 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 P

10、roperties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：DefineMaterials.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： DefineBoundary 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

11、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. 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。4.设置松弛因子操作：SolveControlsSolution 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：SolveMonitorsResidual6保存case文件 操作：FileWriteCase7进行迭代计算 操作：SolveIterate