霧化模擬算例

1、靜電霧化模擬算例問題描述本文利用FLUENT的DPM模型對(duì)帶電液體的霧化情況進(jìn)行研究。計(jì)算區(qū)域是一個(gè)直徑100mm，高70mm的圓柱，簡(jiǎn)化為二維模型為100mm×70mm的平面。噴頭支撐結(jié)構(gòu)分為上下兩段，毛細(xì)孔徑為0.5mm，帶電液體從毛細(xì)管噴出。本題涉及到：一、利用GAMBIT建立靜電霧化噴霧器計(jì)算模型（1）在GAMBIT中畫出燃燒器的圖形；（2）對(duì)各條邊定義網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的分布；（3）在面內(nèi)創(chuàng)建網(wǎng)格；（4）定義邊界類型；（5）為FLUENT5/6輸出網(wǎng)格文件。二、利用FLUENT-2D求解器進(jìn)行求解（1）讀入網(wǎng)格文件；（2）確定長(zhǎng)度單位：MM；（3）確定流體材料及其物理屬性；（4）確定

2、邊界類型；（5）計(jì)算初始化并設(shè)置監(jiān)視器；（6） 啟用DPM模型，先計(jì)算連續(xù)相，在利用UDF計(jì)算離散相；（7）利用圖形顯示方法觀察流場(chǎng)、壓力場(chǎng)與溫度場(chǎng)。 一 利用Gambit建立霧化模型第一步：?jiǎn)?dòng)gambit并選定求解器（FLUENT/UNS)第二步：創(chuàng)建霧化模型操作：OperationToolsCoordinate System在彈出的Display Grid 對(duì)話框中，輸入X,Y的值，分別是100，70，點(diǎn)擊Apply。圖1 霧化區(qū)域計(jì)算圖第三步：建立噴嘴噴嘴支撐結(jié)構(gòu)分為上下兩部分，上段尺寸為5mm×5mm，下段為3mm×3mm,噴頭直徑為0.5mm，長(zhǎng)10mm。按照點(diǎn)

3、、線、面的順序逐步生成，如圖2所示。圖2 噴嘴及支撐結(jié)構(gòu)第三步：劃分網(wǎng)格網(wǎng)格劃分采用TGrid類型，噴頭附近網(wǎng)格劃分密集Intervai size為0.3，四周稀疏Intervai size為1，這樣可以減少計(jì)算量。劃分后的網(wǎng)格如圖3所示。圖3 網(wǎng)格劃分圖第四步：設(shè)置邊界類型操作：ZONES SPECIFY BOUNDARY TYPES打開邊界類型設(shè)置對(duì)話框如圖4所示邊界名稱邊界類型液體進(jìn)口inlet2VELOCITY-INLET支撐結(jié)構(gòu)及噴頭WallWall接收板WallWall空氣入口inlet1VELOCITY-INLET空氣出口outletPRESSURE-OUT圖4邊界條件對(duì)話框 圖

4、5 邊界條件設(shè)置第五步：輸出2D網(wǎng)格操作：FileExportMesh輸出3D網(wǎng)格，完成Gambit前處理 二 利用FLUENT-2D求解器進(jìn)行模擬計(jì)算第一步：與網(wǎng)格相關(guān)的操作1讀入網(wǎng)格文件 操作：FileReadCase在讀網(wǎng)格文件后，將在FLUENT的console窗口中，報(bào)告網(wǎng)格和其他一些相關(guān)文件信息2檢查網(wǎng)格操作：GridCheck網(wǎng)格檢查列出網(wǎng)格的最小和最大的x與y值，并報(bào)告其他許多關(guān)于被檢查網(wǎng)格的特征或錯(cuò)誤，比如，網(wǎng)格體積必須不為負(fù)。3網(wǎng)格比例設(shè)置FLUENT的缺省單位是m若網(wǎng)格是以cm單位建立的，在Scale Grid面板中應(yīng)選用相應(yīng)的比例關(guān)系。操作：GridScale（）在Un

5、its Conversion中的下拉列表中選cm表示網(wǎng)格以厘米生成。（）點(diǎn)擊Scale4顯示網(wǎng)格操作：DisplayGrid圖6 霧化模型的網(wǎng)格顯示圖第二步：設(shè)置求解模型1定義計(jì)算域?yàn)?D，且保持缺省的求解器操作：DefineModelsSolver 打開“Solver”對(duì)話框如圖7所示圖7 求解器對(duì)話框2空氣相選用層流模型操作：DefineModelsViscous打開“ViscousMode”對(duì)話框如圖8所示圖8 計(jì)算模型對(duì)話框第三步：流體材料設(shè)置操作：DefineMaterials選擇理想氣體參數(shù)，點(diǎn)擊Close關(guān)閉此面板。 圖9 材料對(duì)話框第四步：邊界條件設(shè)置1打開邊界條件面板操作：D

6、efineBoundary Conditions打開“Boundary Conditions”對(duì)話框如圖10所示圖10 邊界條件對(duì)話框1. 設(shè)定空氣進(jìn)口inlet1的邊界條件 如圖11所示，賦予如“Velocity Inlet”面板所示的進(jìn)口邊界條件圖11空氣速度進(jìn)口邊界條件4設(shè)定空氣出口pressureoutlet邊界條件，見圖12所示圖12 壓力出口邊界條件5. 設(shè)定支撐結(jié)構(gòu)和噴嘴外壁的邊界條件。接收板Wall2的設(shè)定同上。 圖13 壁面邊界條件第五步：初始化并求解1設(shè)定初場(chǎng)操作：SovleInitializeInitialize 見圖14所示圖14求解初始化（）在Computer Fro

7、m下拉列表中選擇inlet1（2）點(diǎn)擊Init設(shè)定變量初值，然后關(guān)閉面板2設(shè)定松弛因子操作：SolveControlsSolution 保持默認(rèn)值。圖15求解控制對(duì)話框3在計(jì)算期間打開殘差的圖形監(jiān)視圖 操作：SolveMonitorsResidual 見圖16所示圖16殘差監(jiān)視對(duì)話框4 保存case文件操作：FileWriteCase(1)保持Write Binary Files鍵打開，以生成一個(gè)較小的未格式化的二進(jìn)制文件；(2)在CaseFile文本框中，鍵入文件名字；(3) 點(diǎn)擊OK5進(jìn)行迭代計(jì)算操作：SolveIterate 見圖17所示圖17迭代對(duì)話框6保存case和date文件操作：

8、FileWriteCase&Date此時(shí)，連續(xù)相的計(jì)算以完成，接下來進(jìn)行離散相，即帶電液體的計(jì)算。第六步 利用UDF加入源項(xiàng)1. 編譯程序操作：DefineUser definedFunctionsInterpreted點(diǎn)擊Browse選擇程序所在的文件，其他保持默認(rèn)值，點(diǎn)擊Interpret。圖18 編譯窗口程序如下：#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.自定義標(biāo)量操作：DefineUser definedscalars.在Number of User-Defined Scalars中選擇2，如圖19所示。圖19 自定義標(biāo)量窗口七啟用DPM模型計(jì)算離散相1. 啟用DPM模型操作：DefinemodelsDiscrete Phase Model. 設(shè)置如圖20所示。圖20 DPM模型設(shè)置點(diǎn)擊Injections，在彈出的Injections窗口中，選中Injection-0，點(diǎn)擊Set，如圖21。 圖21 Injections窗口 圖22 設(shè)置窗口在彈出的Set Injection P

10、roperties窗口中，在Release From Surfaces下拉菜單中選擇inlet2，設(shè)置如圖23。圖23 參數(shù)設(shè)置2. 材料設(shè)置操作：DefineMaterials.在材料對(duì)話框中選擇water-liquid，其參數(shù)值保持默認(rèn)值。3.邊界條件設(shè)置操作： DefineBoundary Conditions(1) 設(shè)置噴口inlet2的邊界條件在打開的“Boundary Conditions”對(duì)話框中選擇inlet2，點(diǎn)擊“set”，在彈出的Velecity Inlet窗口中，點(diǎn)擊UDS，設(shè)置如圖24，點(diǎn)擊DPM，設(shè)置如圖25。 圖24 自定義標(biāo)量設(shè)置 圖25 DPM設(shè)置(2) 出口

11、條件設(shè)置在打開的“Boundary Conditions”對(duì)話框中選擇outlet，點(diǎn)擊“set”，在彈出的Pressure Outlet窗口中，點(diǎn)擊UDS，設(shè)置如圖26，點(diǎn)擊DPM，設(shè)置如圖27. 圖26 UDS設(shè)置 圖27 DPM設(shè)置(3) 支撐結(jié)構(gòu)及接收板的邊界條件設(shè)置在打開的“Boundary Conditions”對(duì)話框中選擇Wall1，點(diǎn)擊“set”，在彈出的Wall窗口中，點(diǎn)擊DPM，設(shè)置如圖28.圖28 Wall設(shè)置窗口Wall2 的設(shè)置同上，只是在Boundary Cond Type下拉菜單中選擇trap。4.設(shè)置松弛因子操作：SolveControlsSolution 保持默認(rèn)值。圖29 求解控制對(duì)話框注意：離散相不用再進(jìn)行初始化了。5在計(jì)算期間打開殘差的圖形監(jiān)視圖 操作：SolveMonitorsResidual6保存case文件 操作：FileWriteCase7進(jìn)行迭代計(jì)算 操作：SolveIterate