FLUENT喷嘴射流雾化过程仿真

射流雾化ANSYS CFD仿真应用

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ANSYS CFD 雾化仿真应用

单个液滴破碎过程CFD仿真（袋破裂模式）

∆ HP喷嘴喷雾的仿真与测量结果对比

德尔福·汽车系统工程师使用ANSYS Fluent准确描述喷嘴流动力学和破碎过程特征。通过ANSYS CFD仿真让工程师能够更好的理解喷嘴内部几何参数相互复杂作用，实现从参数化优化过程到基于知识优化过程的过渡，实现开发出更好的产品目标。

应用场景-“发动机喷嘴轴向射流”

• 发动机燃烧室（Turbojet Augmentor Sections and Ramjet and Scramjet Combustors）壁面安置喷嘴，液体燃料从喷嘴射流混入横向流动的空气中，液体燃料雾化情况直接决定了其燃烧效率；研究不同结构参数下的喷嘴射流效果，对优化和开发新型喷嘴结构以及提高发动机性能有重要的现实意义；

• 喷嘴雾化性能试验面临周期长、成本高等问题，新型喷嘴产品更新换代速度慢，难以适应高速发展的市场需求。

射流雾化ANSYS CFD仿真机理

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“射流喷雾”过程中会同时发生初级和次级破碎现象；初级破碎指液体射流发生变形并形成大系带的现象。接着在次级破碎过程中，系带会进一步破碎成液滴。

ANSYS CFD 操作案例

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1、ICEM 建模

Dexit-nozzel=2mm，坐标原点设置在水口出口圆心处

计算域：

• X（-100mm，300mm）

• Y（-40mm，40mm）

• Z（0mm，120mm）

2、ICEM 网格划分

• 利用“Refinement”对“Breakup region”加密；

• 初始网格数量约76万；（水口直径方向仅有4个网格）；

3、 Fluent VOF多相流模型设置

• 开启“VOF”多相流模型，“显示”形式，激活体积分数方程“Geo-reconstruct scheme”离散算法；

• 激活“隐士体积力”选项，在动量方程中考虑压力梯度和体积力平衡关系，有助于计算收敛；

• 开启相间连续表面张力模型“CSF”，设置项间表面张量系数0.0635N/m;

4、 Fluent 湍流模型和离散相设置

• 湍流模型选择“k-omega SST”

• 离散相模型，非稳态粒子追踪，Injection Type“singel”粒子粒子材料Water 属性设置：Most（other）Point Properties are ignored, it’s just a container

5、 Fluent VOF to DPM 机理设置

• 需激活DPM离散相模型

• 被转换相设置“water”

• 体积平衡相设置“air”；

• 体积等效球径范围设置0-2mm；

• 非球度设置为0.5；

6、 Fluent 网格自适应设置

• Mesh Adaption ：Normalised vf curvature 0.01 to 0.05 + isovalue adaption 0.45 to 0.55；

• 设置 “Max Level of Refine”5；

• ”Hanging-nodes”-FM（Cutcell）

- “adapt/set/method 2”激活PUMA

- 应用“dynamic solution-adaption

- mesh refinement”;

• adapt/free-registers 清除寄存器；

• PUMA Mesh method （Polyhedral Unstructured Mesh Adaption） :

• only available for 3D arbitrary polyhedra（polyhedra, tetrahedra, hexahedra, and so on）. It also consumes less memory during mesh refinement ,compared to the hanging node method;

• adapt/set/method 2命令转换“hanging-nodes Method” to “PUMA Method”;

7、 求解设置-变量时间步法

“Variable Time Step Settings”

• 用户根据实际工况设置Global Courant Number（CFLglobal）；

• 软件根据计算过程中流速和自适应网格变化自动确定每个步长的最佳时间步长，来进行求解计算；

• 与传统固定时间步相比，保证精度前提，可最大限度缩短瞬态仿真求解时间；

8、 Fluent 结果显示

• 电脑配置：14核，28线程 E5-2683 CPU ；内存64GB ;

• 计算耗时：约28h（工况0.0022S）

• 软件：ANSYS ICEM+FLUENT+HPC（2019R1）

9、Fluent 结果对照

射流破碎仿真结果与试验结果以及射流破碎机理描述十分吻合。

10、Fluent 仿真动画

ANSYS CFD配置清单

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类别	名称	功能简述
建模/几何前处理	ANSYS  SCDM	支持对任意来源CAD模型的直接修改、简化用于仿真分析
网格划分	ANSYS Fluent Meshing	适用于复杂几何模型的非结构网格划分，可生成四面体、六面体核心和多面体网格
网格划分	ANSYS  ICEM	适用于相对简单的几何模型，独特的六面体网格技术，能获得高质量的网格
先进CFD求解器	ANSYS  Fluent	通用CFD软件，物理模型丰富、可拓展能力能力强。可以模拟流动、传热传质、化学反应等物理过程
后处理	ANSYS CFD-Post	ANSYS  CFD软件的通用后处理工具，可以对CFD计算结果后处理生成包含等值面、矢量、流线、油流图及相关定量结果
高性能计算	ANSYS  HPC	并行计算模块，提升计算效率，满足对复杂模型，复杂物理过程的工程化仿真要求；根据用户数量及任务数量有不同的配置方式

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深圳市优飞迪科技有限公司成立于2010年，是一家专注于产品开发平台解决方案与工业软件开发的高科技企业，是ANSYS、MSC、COMSOL、Qt、国产CAD、国产尺寸链公差等工业软件的战略合作伙伴，拥有十多项行业领先的自主工业软件著作权。优飞迪科技倡导“极致用户体验驱动产品开发模式”变革，助力中国质造，赋能极致研发，专注于仿真咨询、工业软件开发、工业软件销售、系统集成等领域的产品开发平台解决方案，拥有一支硬核实力的技术服务专家团队，能为企业提供“全心U⁺端到端服务“。如今，华为、中兴、中国航天、格力、大族、华强、华星光电等知名企业与优飞迪保持着长期的紧密战略合作伙伴关系。