本案例演示利用Fluent中的雾化喷嘴模型及组分输运模型模拟甲醇喷雾蒸发行为。
 

1 问题描述

本教程考虑的几何结构如图所示。雾化器内部有一股气流，周围环绕着一股旋转的环状气流。考虑到问题的周期性，计算中只对部分雾化器进行建模。

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision模式启动Fluent
• 读取计算网格sector.msh

计算网格如图所示。

• 同时选择两个周期面，如下图所示，点击菜单Multi Edit…打开设置对话框

• 如下图所示，设置周期类型为Rotational

2.1 General设置

• 采用默认设置

2.2 Models设置

• 激活Realizable k-epsilon湍流模型

• 激活Species Transport模型，选择混合材料为methyl-alcohol-air，如下图所示

2.3 Materials设置

• 选择材料methyl-alcohol-air，点击右键菜单Eidt…编辑材料

• 如下图所示，保留混合组分为甲醇、氧气与氮气

2.4 边界条件设置

1、central_air设置

• 指定边界central-air质量流量为9.167e-5 kg/s，方向为Normal to Boundary，如图所示

• 指定Total Temperature为393 k

• 指定Species为o2为0.23

2、co-flow-air设置

• 设置边界co-flow-air速度为1 m/s

• 指定温度为293 k

• 指定出口o2质量分数为0.23

3、swirling-air设置

• 设置入口速度为19 m/s，指定速度方向为y方向0.7071，z方向0.7071

• 指定温度为293 k

• 指定氧气组分质量分数为0.23

4、outlet设置

• 指定出口条件，如下图所示

• 指定出口回流温度293 k

• 指定回流组分氧气质量分数为0.23

5、outer-wall设置

• 如下图所示指定壁面边界outer-wall

2.5 初始化计算

• 如下图所示进行初始化计算

2.6 迭代计算

• 设置迭代计算300 步

2.7 计算结果

• 创建一个15°的等值面

• 查看等值面上速度分布

• 创建视图

• 恢复周期视图显示

• 查看流线分布，如下图所示

3 喷雾计算

3.1 DPM设置

• 如下图所示设置DPM模型

• 激活选项Temperature Dependent Latent Heat及Breakup，如下图所示

• 如下图所示，激活选项Linearize Source Terms

• 如下图所示创建雾化喷嘴，注意颗粒类型选择为Droplet以及材料选择

• 设置颗粒阻力模型为dynamic-drag，如下图所示

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3.2 材料设置

• 修改液相甲醇材料介质参数

• 修改甲醇的蒸发/沸腾模型，如下图所示，其他参数保持默认设置

3.3 监测出口甲醇浓度

• 如下图所示设置监测出口位置甲醇蒸气浓度

3.4 迭代计算

• 设置迭代计算300 步

3.5 计算结果

• 监测得到的甲醇蒸气浓度随迭代变化，如下图所示

• 喷雾颗粒如下图所示

• 中间面上甲醇气体质量分数分布

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