DPM模型实战:Fluent喷淋水滴在热空气管道中的蒸发仿真

案例描述:

在一根圆管中,热空气从进口流入。管中分布着水滴喷入器,在管中,水滴将会被热空气加热蒸发相变为水蒸气,液滴、水蒸气和热空气一起混合从出口流出。



CFD仿真思路:

  • 先求解没有液滴的流场;
  • 启动DPM模型+Species模型仿真液滴以及蒸发问题。

Fluent仿真实例 – DPM模型仿真喷淋水滴在热空气管道中蒸发的图1



1、启动软件并导入网格

1.1 启动Fluent软件,选择3D双精度求解器。

1.2 导入网格,网格文件在文章底部有下载链接。

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2、模型设置


2.1 启动能量方程。

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2.2 湍流模型。

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2.3 启动组分传输模型Species Model。当设置后点击会弹出一个information确认框,点击ok确定即可。

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2.4 设置离散型DPM模型。

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3、材料设置

对于本工况,空气、水、O2和N2保留默认设置。



4、边界条件

4.1 进口边界,设置进口速度为16 m/s,设置进口温度为900K,设置物料组分O2为0.23。

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4.2 出口边界,设置物料组分O2为0.23。

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5、操作条件

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6、设置水滴喷射点。

6.1 喷射点0,操作Dedine -> Injections…

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点击Create按钮后,弹出设置框。

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在Turbulent Dispersion按钮,设置Discrete Random Walk Model。

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6.2 建立喷射点1。喷射点1只是在喷射点0的基础上,只修改喷射位置而已,所以操作上只需要copy喷射点0,然后修改位置即可。

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6.3 copy喷射点1,建立其它7个喷射点,喷射点的位置如下列表,同时Total Flow Rate设置为0.003。

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7、求解设置

7.1 离散方案和收敛残差保持默认。

7.2 初始化。

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7.3 迭代计算,输入迭代步数100。计算大概35步后,计算收敛。

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8、加入DPM计算水蒸发

8.1 打开DPM模型。

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8.2 修改松弛因子。

Fluent仿真实例 – DPM模型仿真喷淋水滴在热空气管道中蒸发的图19



8.3 取消所有残差收敛监控。

Fluent仿真实例 – DPM模型仿真喷淋水滴在热空气管道中蒸发的图20

8.4 输入迭代步数1500,计算完毕后保存case和data文件。


9、后处理



9.1 在文本输入框中输入report>dpm-summary,统计dpm颗粒的情况,可以看到,所有的水滴都已经蒸发。

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9.2 显示喷射点0和1两处水颗粒的直径变化图。

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9.3 显示X=0平面的温度变化云图。

Fluent仿真实例 – DPM模型仿真喷淋水滴在热空气管道中蒸发的图23



9.4 显示水蒸气的质量分数分布云图。

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