噴霧模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-27
噴霧模擬的視頻教程
噴霧模擬的實例教程
柴油機或缸內直噴汽油機中，噴油器的噴霧特性優劣對發動機的燃燒和排放具有關鍵作用。發動機內的噴霧是噴射、油束擴展、油氣混合、破碎、蒸發、碰壁等過程的綜合與疊加，由于噴霧模擬涉及噴霧破碎、氣液動量交換、湍流擴散、液滴蒸發、液滴碰撞和噴霧碰壁等子模型，噴霧模擬一直是難題，特別是缸內氣體的宏觀流動和湍流脈動對噴霧具有強烈影響，模擬時湍流模型的選擇往往對結果有較大影響。
迄今為止，進行噴霧標定或噴霧燃燒時大多使用雷諾平均（RANS）湍流模型。近年來隨著計算機的發展，流體運動仿真逐漸使用大渦模擬（LES）和直接數值模擬(DNS)。目前條件下，DNS計算成本太過高昂，只能局限于低雷諾數及簡單邊界條件，故大渦模擬成為目前湍流理論和應用研究的熱點。
大 渦 模 擬
大渦模擬方法由氣象學家Smagorinsky在1963年提出，當時用于全球天氣預報研究。大渦模擬的基本思想：對湍流中不同尺度的渦進行過濾（使用數學濾波函數，將渦分為大尺度結構和小尺度結構）。
大尺度的渦對平均流動影響較大，各種變量的湍流擴散、熱量、質量和能量的交換以及雷諾應力的產生都是通過大尺度的渦來實現的；小尺度的渦由粘性力產生，主要對耗散起作用，通過耗散脈動影響各種變量。
大尺度結構在流場中占據主導地位，屬于可解尺度量，可被計算網格分辨出來，因而可直接通過求解瞬時三維湍流方程組獲得真實結構狀態；小尺度渦無法直接求解，需要將其通過引入附加應力項來表現其對大尺度渦運動的影響，這樣的模型叫亞格子尺度模型，引入的應力稱為亞格子尺度應力。
展開 計算采用的網格為沿著噴霧流經區域局部細化的非均勻3D網格（圖 1），以定義定容燃燒彈的計算域，每側尺寸為108mm。時間步長固定為5E-7s，模擬結束時間設定為1.5 ms，此時火焰已形成準穩態結構。湍流和噴霧子模型的細節總結在表 2中。
圖 1 (a) 計算網格 (0.25mm) ；(b) 局部放大
表 2 模擬中運用的相關子模型
3、模擬結果
3.1 無反應噴霧案例的驗證
拉格朗日顆粒追蹤法(LPT) 因實現難度較小，計算量相對較小而被廣泛應用于高壓噴霧模擬。然而，很多報告指出歐拉-拉格朗日的噴霧模擬計算的精度與網格大小密切相關。為了保證網格的獨立性，本研究采用了5種網格，網格尺寸為0.125mm、0.25mm、0.5mm、1mm和2 mm，網格量分別為9081414、1444631、321376、172962和157464。這5種網格數量是通過五個不同水平的局部細化得到的，全部基于2mm的基礎網格，以正確地解析流動細節。圖1給出了網格劃分(0.25 mm)，顯示了細化和局部細節。從圖中可以看出，更細的網格可以預測更長的液相貫穿距，最后兩種網格數量具有相似的性能，但在噴霧演化開始時只有很小的差異。氣相貫穿的行為類似。考慮到精度和效率，本文選擇了0.25 mm的網格。
圖 2 5種測試網格下計算所得噴霧液相(a)與氣相(b)的貫穿距
為了評估當前的湍流和噴霧模型設置，本文針對非反應sprayA基準工況（0％O2）, 基于液相和氣相貫穿距以及燃料質量分布的實驗數據進行了驗證。圖 2顯示了液相和氣相貫穿距隨注入開始時間(ASI)的模擬和實驗結果。
展開 概念
液體噴霧蒸發現象是生活中常見到的一種現象，廣泛應用于化工行業，對Fluent進行設置可模擬這類現象。
2. 模型描述
本案例模擬甲醇在鼓風霧化器中的霧化，甲醇在被引入鼓風霧化器之前被冷卻到-10℃。霧化器中有一股環形旋轉的氣流。同時為了簡化模型，本模型使用了旋轉周期性網格，只畫了1/12即30°的模型。
3. 基本設置
3.1 導入網格：
使用Fluent軟件打開Chapter34.msh.gz網格文件，文件在本文末尾鏈接資源內。
3.2 修改模型尺寸
本案例模型尺寸保持默認即可，關于scale mesh詳細設置查看Chapter31 Fluent空化模型
3.3 求解器設置
基于壓力求解器，穩態設置
4. 設置計算模型
4.1 能量方程
打開能量方程
4.2 湍流模型設置
4.3 組分輸運模型
打開組分輸運模型，將mixture material更改為methyl-alcohol-air（甲醇空氣混合物）
注：默認情況下這里的材料為mixture-template，想要出現methyl-alcohol-air需要在material面板下進行設置。設置好后此處才可選擇methyl-alcohol-air
5. 材料設置
5.1 添加methyl-alcohol-air材料
Materials-Mixture
在Materials下，單擊Mixture...
展開 技術鄰處女貼：
計算目的：通過對霧化噴嘴的模擬，使大家了解其計算方法與過程設置；
1、幾何模型及網格劃分，扇形霧化噴嘴，噴嘴距離鋼板剛度為80mm；鋼板幾何尺寸為80*80*2
2、求解過程及設置
1）組分輸運過程計算，采用不可壓縮理想氣體得到噴嘴的流量
2）霧化場計算，采用DPM模型，選擇空氣輔助噴嘴模型、顆粒碰撞、破碎模型；
3）鋼板霧化冷卻計算，添加歐拉film模型；
鋼板表面邊界條件設置
3、計算結果展示：
a） 霧化場分布
b） 鋼板表面水蒸氣分布
c） 鋼板表面溫度分布
d) 鋼板冷卻速度：通過瞬態的計算分析，從前三秒來看霧化噴嘴對鋼板滯止點的溫度冷卻速度約為15K/s；
展開 資料地址：http://www.sheenray.com/jswz-37.pdf
資料來源：http://www.sheenray.com/zlxz.html
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適合人群
CFD、機械、航空航天或化學工程的學生和研究人員
從事含粒子流動、噴霧或多相模擬的工程師
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任何有興趣了解實際應用中密集粒子建模（DPM、MPPIC）的人
截圖
DPM模型及VOF優化：支持拉格朗日顆粒軌跡計算，可模擬噴霧、顆粒分離、氣力輸送等工程問題。新增HRIC高分辨率界面捕捉格式，優化離散格式穩定性，大幅提升自由液面、晃蕩、射流破碎等問題的界面分辨率與計算魯棒性。
多相流模型|DPM01基礎知識9個月前
DPM模型的應用
以下是DPM模型常見的應用場景：
噴霧模擬：比如噴霧干燥和噴漆、噴油器特性；
顆粒追蹤：追蹤流動中顆粒的運動，例如沉積物運移、芯片中微管道顆粒運動，污染物擴散或者粉塵擴散等。
燃燒模擬：對燃料固體顆粒或者油滴建模。
圖 1 (a) 計算網格 (0.25mm) ；(b) 局部放大
表 2 模擬中運用的相關子模型
3、模擬結果
3.1 無反應噴霧案例的驗證
拉格朗日顆粒追蹤法(LPT) 因實現難度較小，計算量相對較小而被廣泛應用于高壓噴霧模擬。然而，很多報告指出歐拉-拉格朗日的噴霧模擬計算的精度與網格大小密切相關。
（圖：自由度懸停）
3.噴霧施肥仿真：模擬無人機在農業應用中的噴霧施肥過程，分析噴霧效果、覆蓋范圍和優化方案。
（圖：噴霧）
（圖：施肥）
4.吊物投彈仿真：對無人機執行吊物、投彈等任務進行仿真，評估任務執行過程中的動力學特性和控制性能。
（圖：吊物）
（圖：投彈）
5.槳葉優化仿真：針對無人機槳葉進行優化設計，通過仿真分析提高槳葉的氣動效率、降低噪聲和振動。
板式塔內部流動分析
流化床反應器分析
固定床反應器反應過程模擬
鼓泡床反應器反應過程模擬
徑向移動床反應器反應過程模擬
噴淋床反應器反應過程模擬
攪拌罐反應器反應過程模擬
加氫裂解反應器冷氫箱優化設計
VersaFlo圓柱氣浮罐分析
噴霧干燥器過程模擬
蒸餾塔過程模擬
6.7 攪拌罐反應器反應過程模擬
6.8 苯乙烯聚合反應過程仿真計算
6.9 聚合反應器過熱安全仿真設計
6.10 脫硫吸收塔工藝數值仿真分析
6.11 噴淋床反應器反應過程模擬
6.12 噴霧干燥器過程模擬
1. 概念
液體噴霧蒸發現象是生活中常見到的一種現象，廣泛應用于化工行業，對Fluent進行設置可模擬這類現象。
2. 模型描述
本案例模擬甲醇在鼓風霧化器中的霧化，甲醇在被引入鼓風霧化器之前被冷卻到-10℃。霧化器中有一股環形旋轉的氣流。同時為了簡化模型，本模型使用了旋轉周期性網格，只畫了1/12即30°的模型。
3.
同年，噴霧破碎模型是第一個商業實施的流體體積 (VOF) 到離散粒子法 (DPM) 轉換的多相模擬，例如噴霧破碎。在此模型中，VOF 模擬中的不同液滴被檢測到并被 DPM（即質點）粒子取代，并且網格相應地粗化。
使用 2017 年推出的流體體積 (VOF) 到離散粒子法 (DPM) 混合多相模型高效模擬噴霧破碎。
相比較于壁面空化，渦線空化的模擬對湍流模型的要求更高，在SST k-ω湍流模型框架下發展超大渦模擬VLES湍流模型，在計算效率及計算準確性的平衡上優于RANS模型及LES大渦模擬，同時采用自適應的LES大渦模擬網格處理方法可進一步減小計算量，實現噴嘴內渦線空化及近場噴霧的高精度模擬。
