1、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 100mm70mm 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
2、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：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 5mm5mm，下段为 3mm3m
3、m,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 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。3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：FileExportMesh 输出 3D 网格，完成 Gambit 前处理边
4、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-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：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
5、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 Units 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 5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“Viscous Mode” 对话框如图 8
6、 所示图 8 计算模型对话框第三步：流体材料设置操作：DefineMaterials 6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：DefineBoundary 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 7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.
7、 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。8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 From 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9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：FileWrite
8、Case (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 Case File 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10图 17 迭代对话框6保存 case 和 date 文件操作：FileWriteCasereal source;real q;source=-q*E;112.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
9、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12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 Properties 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132. 材料设置操作：DefineMaterials.在材料对话框中
10、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
11、，设置如图 26，点击 DPM，设置如图 27.14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。154.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：SolveMonitorsResidual 6保存 case 文件 操作：FileWriteCase 7进行迭代计算 操作：SolveIterate图 30 迭代计算168保存 case 和 date 文件操作：FileWriteCase&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：DisplayContours 见图 31 所示。图 31 等高线对话框(1) 在 Contours Of 下拉列表中选择 Velocity 和 Velocity Magnitude；(2) 按 Display图 32 速度等高线
