新版本的Fluent提供了利用VOF-to-DPM模型以模拟液相射流从连续相破碎至颗粒相的过程。
1 VOF-to-DPM模型
ANSYS Fluent提供的VOF-to-DPM模型结合了上述两种方法各自的优势。在足够精细的网格上,利用VOF模型模拟预测初始射流及其破碎过程,而在喷雾稀疏区域利用DPM模型跟踪液滴运动轨迹。VOF-to-DPM模型自动探测脱离液相核心区域的液体,之后评估其是否适合进行VOF-to-DPM转换。若液相块满足用户指定的转化标准(如块大小和非球面度等),则从VOF模型中将该部分液相质量去除,并在拉格朗日体系中将该部分质量转化为颗粒包。所有用于求解气液界面的局部自适应网格细化(如悬挂节点)都会自动恢复,从而使拉格朗日粒子包可以被放置在单个大网格中。如果液体块的体积远远大于粗化网格的体积,液体块就会被转换成尽可能多的拉格朗日粒子包。在转化后的早期阶段,代表液滴的粒子团将与连续液相一起运动,但当穿过该区域时,它们的路径可能会逐渐分离。
在连续相VOF流动模拟中,将液体团块转换为拉格朗日颗粒包并不会引起体积置换。为了避免此过程产生伪动量源,VOF仿真中建立了与液块体积相同的气体体积以保持体积守恒,然而将质量源等效于气体体积的质量会影响整体质量平衡。该方法可用于燃气轮机、内燃机等类似应用场合的液体雾化模拟。
这种模拟方法通常需要较高的时空分辨率以捕捉液体射流一次雾化过程的所有相关细节。有限的计算资源将会限制该方法在喷嘴附近区域的详细分析。对于完整的喷雾系统或喷雾过程模拟,建议捕捉所有关于拉格朗日DPM粒子包的信息,并将该信息传输到单独的欧拉/拉格朗日模拟方法中,因为其允许使用更粗的网格和更大的时间步长。
这种思路是可行的,如通过使用DPM粒子采样对切割平面或计算区域的出口边界进行详细的VOF-to-DPM仿真。对于非定常粒子跟踪,为每一个穿过采样平面或边界的粒子包体系写入一个单独的文件中。该文件可以作为另一个非稳态粒子跟踪仿真的非稳态注入文件。ANSYS Fluent将在模拟时间内(注入文件中的流时间)在相同的位置中重新创建每个颗粒包。
使用DPM粒子采样创建这样一个文件的另一种方法是使用VOF-to-DPM内置功能。如果用户提供一个文件名,求解程序将为每个已转换的液体块编写一个包含信息的新文件。该文件格式与用于非稳态粒子跟踪的DPM示例文件相同。因此,它可以作为一个非稳态注入文件在一个单独的DPM仿真中被读入。
2 VOF-to-DPM模型的使用限制
单个块体的识别和块体性质的计算无法考虑特殊的边界条件,如对称性和周期性(包括周期非保角界面)。接触对称边界的液体块被视为附在避免上。与周期边界相交的块被视为多个独立的块。在这两种情况下,为块属性计算的值,特别是非球面性,都会受到影响。
注:VOF-to-DPM模型只能用于3D问题中。
3 设置VOF-to-DPM模型
官方提供了一个相关操作案例,计算结果如下图所示。有时间也来尝试一下这模型。
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