F l u e n t雾化喷嘴数值 仿真研究 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究 FLUENT提供五种雾化模型： ?平口喷嘴雾化(plain-orificeatomizer) ?压力－旋流雾化(pressure-swirlatomizer) ?转杯雾化模型(flat-fanatomizer) ?气体辅助雾化(air-blast/air-assistedatomizer) ?气泡雾化(effervescent/flashingatomizer) 所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。但对FLUENT的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。 平口喷嘴雾化(plain-orificeatomizer)模型 平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。这个看似简单的过程实际却及其复杂。平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以及回流区（flipped。不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。每种喷雾机制如下图示（图1、2、3）： 图1单相流雾化喷嘴流动（液体完全充满喷头内部） 图2空穴喷嘴流动（喷头倒角处产生了空穴） 图3返流型喷嘴流动（在喷头内，下游气体包裹了液体喷射区） 压力－旋流雾化喷嘴模型 另一种重要的喷嘴类型就是压力－旋流雾化喷嘴。气体透平工业的人把它称作单相喷嘴（simplexatomizer）。这种喷嘴，然后流体通过一个称作旋流片的喷头被加速后，进入中心旋流室。在旋流室内，旋转的液体被挤压到固壁，在流体中心形成空气柱，然后，液体以不稳定的薄膜状态从喷口喷出，破碎成丝状物及液滴。在气体透平、燃油炉、直接喷射点火式汽车内燃机的液体燃料燃烧中，压力－旋流雾化喷嘴使用很广泛。液体从内部流到完全雾化的过程可分为三个步骤：液膜形成、液膜破碎及雾滴形成。这个过程的示意图如下： 图4喷嘴内部流动转变为喷雾状态的理论步骤 转杯雾化模型（TheFlat-FanAtomizerModel） 转杯雾化喷嘴与压力－旋流雾化喷嘴很类似，只是它形成了液膜层，而不是旋流。液体从宽而薄的喷口出来后形成平面液膜，继而破碎成液滴。一般认为，它的雾化机理与压力－旋流雾化喷嘴类似。一些学者认为转杯雾化喷嘴（由冲击射流雾化而来）的雾化机理与平面液膜的雾化类似。在这种情况下，转杯雾化模型可以应用。只有在三维的情况下才可以使用这个模型。图5是一个转杯的三维示意图。此模型假定扇叶由一个虚点延长而成。用户必须设定虚点的位置，虚点就是扇叶的侧边的延长线的交点。用户还必须设定扇叶的弧边所对应的中心点。为了确定喷射的方向，FLUENT将由虚点和中心点的位置来确定一个向量。用户还必须设定扇叶弧的半顶角、喷口宽度（垂直方向）以及液体的质量流率。 图5平板扇叶喷嘴顶视图与侧视图 空气辅助雾化模型
炉膛仿真过程及其其中的问题 一、（Gambit）几何建模部分 1.大体尺寸 在本次设计中，（实际标高-5=图中的标高）锅炉的尺寸为：锅炉高度为26890mm，宽度为7570mm，深度为7570mm。 燃烧器的高度为2.105m，最底层的燃烧器低端距冷灰斗距离为2.1775m。 采用四角切圆（顺时针切圆，假想切圆直径0.8m）的均等配风燃烧方式。其中一次风2层，二次风3层。由低到高燃烧器风口布置依次为二、一、二、一、二。燃烧器宽度为0.4m，一次风口高度0.2405m，二次风口高度0.352/0.315m，风口间距为0.21/0.12/0.155m。
2.简化处理 将水冷壁简化成一个恒温平面； 将燃烧器简化成一个平面，各次风口为平面中的一个矩形区域，作为速度入口； 忽略屏式过热器，将折焰角上方与水平烟道相连结的平面作为出口（outflow）。 3.几何建模过程及网格划分 为了方便锅炉的网格划分，我们将整个计算域划分为5个区域：冷灰斗下端至燃烧区域下端、燃烧区域、燃烧区上端至折焰角下端、折焰角区域、折焰角上端至炉膛出口。 3.1点线面的生成 几何建模的方法通常可以是自下而上的，即先生成体的各个点（通过坐标确定位置）；将生成的点依次连接成线；将线围成体的各个面；最后将面组合成一个实体。 当然建模时也可以通过设置实体（面）的长宽高（长宽）直接生成。 3.2实体分割 块的划分方法如下： 先产生一个面，并将该面平移至该实体要切割的位置，split volume选卡中，split with
选择face（real），然后选中要切割的实体（对应split volume中的volume）以及用来切割这个体的面（对应face栏）（注意：在切割时需要选中Connected，保证切割产生的两个体之间的面是公共面，而不是两个重合的面。因为公共面可以通过物质和能量，而重合的面不加定义时是wall），最后点击APPL Y确定。 根据这种方法，我们可以在Z方向将燃烧区分为很多层，方便以后设置一、二次风入口的边界条件。同时，在xy平面内燃烧区被分为8份，如图所示： 3.3网格划分
28.19.1.Defining an Animation Sequence定义一个动画序列 你可以使用Solution Animation对话框来生成一个动画序列，并指出多久生成一个动画序列。 从Solution Animation对话框中打开Animation Sequence对话框，允许你定义每个序列的显示内容和显示位置以及每个序列的储存方式。 定义动画的流程图： 35.17.8.Solution Animation Dialog Box解算动画对话框 你可以使用Solution Animation对话框去生成一个动画序列并且指定多久生成一个序列。 控制按钮的功能： Animation Sequences动画序列 设置要定义的动画序列的总数目。 Active激活 激活/关闭每个动画序列。 Name名字 为每个动画序列指定一个名字 Every, When每一个，时态 表明你想在动画序列中多久生成一个新的项目。您可以在Every下面输入时间间隔，并在When的下拉列表中选择Iteration（迭代）或Time Step（时间步长） 注意：只有在计算非稳态流体时Time Step才是一个有效的选择。 Define...限定 打开动画序列对话框，你可以在其中定义一个动画序列。
程序步骤如下： 1. 增加Animation Sequences的数值到你想指定的动画序列的数中。随着这个数值的增加，对话框中额外的序列目录将变成可以被编辑的。针对每一个序列，你将执行下一步。 2.在Name标题下输入一个序列名称。这个名称将被用于识别在Playback对话框中的序列，在哪里你可以回放已经定义或读入的序列。如果你将这个序列保存到磁盘中，那么这个名称也将用作文件名的前缀。 3.指定你想多久生成一个新的序列，可以通过在Every下面设置时间间隔和在When的下拉列表中选择Iteration（迭代）或Time Step（时间步长） 注意：只有在计算非稳态流体时Time Step才才可被选择。 例如，每10步生成一个帧，你可以在Every下输入10并在When下选择Time Step。（time step下输入10指的是解算时每多少步保存的步数×10，保存一次动画。） 4.点击Define…按钮打开Animation Sequence（动画序列）对话框 35.17.9. Animation Sequence Dialog Box动画序列对话框Animation Sequence对话框允许你去定义每一个动画序列。 控制按钮的功能： Sequence Parameters序列参数 包含动画序列存储和显示位置的一般参数。 Storage Type存储类型 表明你是想在内存（In Memory）中还是在你的电脑硬盘（Metafile or PPM Image）中保存动画序列。 Name名字 指定序列的名称。 Window窗口 指定你想要显示的图形窗口ID的地方。你必须点击Set来设置指定的Window。当Fluent
轿车尾流fluent仿真分析与设计 1.1空气动力学在汽车中的应用 空气动力学特性是汽车的重要特性之一,它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性与安全性。其中,空气动力学中的空气阻力(风阻)是影响油耗的首要因素,降低风阻系数则是提高汽车燃油经济性的重要途径之一。汽车空气动力学性能对汽车的安全性、经济性和舒适性具有重要影响。汽车空气动力学的首要研究任务是通过试验或者数值模拟研究获得汽车行驶时汽车本身所受到的气动力的变化，改善汽车的行驶性能，评价汽车的节能水平。 1.2阶背式轿车与直背式轿车简述 阶背式轿车国际上简称L型车，也称为三厢式轿车，具有后备箱。它通常是中高档轿车的款式，涵盖的车型最多，从夏利三厢、富康988、捷达、奥迪一直到凯迪拉克、劳斯莱斯。在一般人的眼中，这车型是引擎置在车头，中间省几个座位，四扇车门，车尾有个分隔的行李厢，即三厢式设计。缺点是扁阔的尾厢放不下较大件的行李，而且乘客在行车时，也照顾不到放在后备厢的东西。在驾驶方面，由于车身重心是在
前方偏中位置，所以有中性转向的特性。随着生活水平的日益提高, 外出旅行成了人们休闲的新时尚, 直背式旅行轿车(简称直背式轿车)在人们旅行时起着非常重要的作用, 既能载人又能载物.但缺点是后行李仓空间不足以简化的直背式轿车模型为研究对象。 1.3国内外研究现状 当前国内外对汽车外流场的研究已经比较深入，已经有大量的相关文献发表，北航的康宁、李光辉教授借助商用计算流体力学软件STAR-CD,利用移动边 界条件进行三维数值模拟,计算加装行李架前后的轿车在不同车速下的车身气动阻力系数和升力系数,并通过与试验结果的对比,验证数值计算结果的正确性。计算结果表明,不同剖面形状的行李架对直背式轿车外流场有不同程度的影响.研究结果为合理选择行李架的剖面形状,改善轿车的气动特性提供了依据。西华大学杨海波应用国内外广泛采用的合成风的方法模拟侧风作用下的汽车外流场。根据模拟结果对车身周围流场进行了分析,并根据车身外流场不同位置截面上的速度和压力等物理量的分布与变化情况,定性的分析了轿车受到侧风作用时侧向力和升力发生相应变化的原因,并重点结合GB7258标准,从气动升力入手,对
前言 为了使学生尽快熟悉计算流体软件FLUENT以及更好的掌握计算流体力学的计算模型，本书编制了几个简单的模型，包括了组分燃烧、管内流动、换热和房间温度场四个方面的内容。其中概括了二维和三维的模型，描述详细，可根据步骤建模、划分网格和计算以及后处理。本书不可能面面具到并进行详细讲解，但相信读者通过本书的学习，一定能领会其中的技巧。
目录 前言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍1 燃烧器内甲烷和空气的燃烧﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3 管内层流流动数值计算﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 38 蒸汽喷射器内的传热模拟﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 52 组分传输与气体燃烧算例﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 75 空调房间温度场的模拟﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍102
燃烧器内甲烷和空气的燃烧 问题描述 这个问题在图1中以图解的形式表示出来。此几何体包括一个简化的向燃烧腔加料的燃料喷嘴，由于几何结构对称可以仅做出燃烧室几何体的1/4模型。喷嘴包括两个同心管，其 直径分别是4个单位和10个单位，燃烧室的边缘与喷嘴下的壁面融合在一起。 一、利用GAMBIT建立计算模型 启动GAMBIT。 第一步：选择一个解算器 选择用于进行CFD计算的求解器。 操作：Solver -> FLUENT5/6 第二步：生成两个圆柱体 1、生成一个柱体以形成燃烧室 操作：GEOMETRY-> VOLUME-> CREATE VOLUME R 打开Create Real Cylinder窗口，如图2所示 图1：问题图示
a) 在柱体的Height 中键入值1.2。 b) 在柱体的Radius 1 中键入值0.4。 Radius 2的文本键入框可留为空白，GAMBIT 将默认设定为Radius 1值相等。 c) 选择Positive Z （默认）作为Axis Location 。 d) 点击Apply 按钮。 2、按照上述步骤以生成一个Height =2，Radius 1 =1并以positive z 为轴的柱体。 3、点击在Global Control 工具栏左上部的FIT TO WINDOW 命令按钮，去观察柱体的生成。 这两个柱体在图3中示出，按住鼠标左键并拖动它以观察视图的旋转。你可以按下鼠标右键并把鼠标沿靠近或远离你的方向拖动以放大或缩小视图。 4、移动生成的第一个柱体以使它在大柱体的前面。 操作：GEOMETRY -> VOLUME -> MOVE /COPY /ALIGN VOLUMES 图2：生成圆柱对话框 图3：两个圆柱
Gambit前处理 打开GAMBIT 选择所在工作目录 1、导入模型 File>Import>Parasolid，选择所需文件（.X_T），点击 2、建立计算域（两个，一大一小） (1)建立大的计算域(大小一般为10倍弹长、20倍弹径) 在中分别填入大的计算域圆柱的高度和半径，选择坐标轴，单击。 (2)用大的计算域减去弹体 单击 在上面的Volume中选择大的计算域，在下面的Volume中选择弹体，单击Apply。（3）建立小的计算域（大小一般为4倍弹长、10倍弹径）。 方法同（1） 3、把计算域分割成一半
（1）建立一个面（尽量画大一点） 单击，出现对话框 在中填写所建面的边长，单击Apply。 （2）用所建立的面分割大的计算域 选择，出现， 在选择大的计算域， 中选择面分割， 选择所建立的面，单击Apply。 （3）删除一半大的计算域（-Z轴部分） 选择，出现，选择所要删除掉的一半体，点击Apply。 （4）用小的计算域分割大的计算域
选择，出现 在选择大的计算域， 中选择体分割， 选择小的计算域，单击Apply。 （5）删除一半小的计算域（-Z轴部分） 方法同（3） （6）把弹上的某些断开的弧线条合并成一条。选择，出现 Apply。 4、划分网格 （1）划分线网格
选择，选择所需划分的线，在中Radio填写划分比例（选中 ，>1为中间疏两端密，一般不大于1.1；<1为中间密两端疏，一 般不小于0.9；不选中，则看网格疏密的方向，单击改变方向），中填写所划分网格数目。 *注* 所有线都画好网格以后就可以划分体网格了。 （2）划分体网格
28、19、1、Defining an Animation Sequence定义一个动画序列 您可以使用Solution Animation对话框来生成一个动画序列,并指出多久生成一个动画序列。从Solution Animation对话框中打开Animation Sequence对话框,允许您定义每个序列得显示内容与显示位置以及每个序列得储存方式。 定义动画得流程图: 35、17、8、Solution Animation Dialog Box解算动画对话框 您可以使用Solution Animation对话框去生成一个动画序列并且指定多久生成一个序列。 控制按钮得功能: Animation Sequences动画序列 设置要定义得动画序列得总数目。 Active激活 激活/关闭每个动画序列。 Name名字 为每个动画序列指定一个名字 Every, When每一个,时态 表明您想在动画序列中多久生成一个新得项目。您可以在Every下面输入时间间隔,并在When得下拉列表中选择Iteration (迭代)或Time Step(时间步长) 注意:只有在计算非稳态流体时Time Step才就是一个有效得选择。 Define、、、限定 打开动画序列对话框,您可以在其中定义一个动画序列。 程序步骤如下: 1、增加Animation Sequences得数值到您想指定得动画序列得数中。随着这个数值得增加,对话框中额外得序列目录将变成可以被编辑得。针对每一个序列,您将执行下一步。 2、在Name标题下输入一个序列名称。这个名称将被用于识别在Playback对话框中得序列,在哪里您可以回放已经定义或读入得序列。如果您将这个序列保存到磁盘中,那么这个名称也将用作文件名得前缀。 3、指定您想多久生成一个新得序列,可以通过在Every下面设置时间间隔与在When得下拉列表中选择Iteration (迭代)或Time Step(时间步长) 注意:只有在计算非稳态流体时Time Step才才可被选择。 例如,每10步生成一个帧,您可以在Every下输入10并在When下选择Time Step。(time step
Tutorial:Modeling Flow-Induced(Aeroacoustic)Noise Problems Using FLUENT Introduction This tutorial demonstrates how to model2D turbulent?ow across a circular cylinder using large eddy simulation(LES)and compute?ow-induced(aeroacoustic)noise using FLUENT’s acoustics model. You will learn how to: ?Perform a2D large eddy simulation. ?Set parameters for an aeroacoustic calculation. ?Save acoustic source data for an acoustic calculation. ?Calculate acoustic pressure signals. ?Postprocess aeroacoustic results. Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the FLUENT interface and that you have a good understanding of basic setup and solution procedures.Some steps will not be shown explicitly. In this tutorial you will use the acoustics model.If you have not used this feature before,?rst read Chapter21,Predicting Aerodynamically Generated Noise,of the FLUENT6.2 User’s Guide