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
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