静电雾化模拟算例

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。2一利用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。3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．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．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-OUT4二利用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5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“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：Define→Materials．．．选择理想气体参数，点击Close关闭此面板。6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．7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8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．9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CaseFile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106．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：#includeudf.h#includedpm.h#includeq1.5e-15DEFINE_DPM_SOURCE(ele_dpm,c,t,source,strength,tp){realE;realsource;realq;source=-q*E;}112.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12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132.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27.14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。154.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168．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