Fluent验证案例｜74 利用PBM模型模拟Plug雾化器

本案例验证利用Fluent中的PBM模型模拟Plug雾化器。

 

参考文献：Bhamidipati, S., Panchagnula, M., Peddieson, J. (2008, January 3-5). Discrete population balance modeling of a plug flow atomizer [Paper presentation]. Heat and Mass Transfer Conference, Hyderabad, India.

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1 问题描述

本案例使用PBM多相流模型对Plug雾化器进行模拟。其中液滴破碎采用Ramkrishna模型定义。计算模型如图所示。

计算参数包括：

• 几何模型：入口尺寸为0.145 m；出口尺寸为0.145 m；区域长度：2 m
• 边界条件：入口速度为0.01 m/s，流体介质为体积分数0.3的空气及体积分数0.7的液滴。

材料介质为空气和水：

• 空气：密度为 1.225 kg/m3；粘度为 1.7894 kg/m-s
• 水：密度为 998.2 kg/m3；粘度为 0.001003 kg/m-s

计算域中的流动状态为湍流流动。

2 几何与网格

几何模型及边界类型如图所示，其中上下两条边界均采用对称边界。

采用四边形计算网格。

3 Fluent设置

• 以2D、Double Precision启动Fluent

3.1 编译UDF

• 点击功能区按钮 User-Defined → Functions → Compiled… 打开UDF编译对话框

• 添加源文件 break_up_kernel.c ，点击按钮 Build 编译代码，点击 Load 加载UDF

3.2 General设置

• 进入General任务页，采用默认设置

3.3 Materials设置

• 从材料库中添加water-liquid，其他材料介质参数保持默认设置

3.4 Models设置

• 采用默认的 SST k-omega 湍流模型

• 在 Multiphase Model 对话框的 Models 选项卡中激活使用 Eulerian 多相流模型，如下图所示设置

• 进入Phases选项卡，指定air为主相

• 指定water-liquid为次相，如下图所示设置参数

• 进入Phase Interaction选项卡，指定相间相互作用，如下图所示

• 进入Population Balance Model选项卡，如下图所示指定参数

这里可以点击按钮Print Bins查看粒径分组情况，如下图所示。

3.5 边界条件设置

1、inlet边界

• 双击模型树节点 Boundary Conditions → inlet 打开设置对话框，如下图所示指定mixture相的参数

• 指定Phase为 air ，如下图所示指定入口速度及湍流参数

• 指定Phase为 water ，如下图所示指定速度参数

• 切换到Multiphase选项卡，如下图所示指定Volume Fraction为 0.7 ，并指定 Bin-0-fraction为 1

 

注：表示从inlet边界进入计算区域的流体介质为空气和水滴，其中空气体积分数为0.3，液滴粒径为bin0所对应的0.1941455 m。

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2、outlet边界

• 如下图所示指定outlet边界的mixture相条件参数

• 指定Phase为 air ，如下图所示指定湍流参数

• 指定Phase为 water ，如下图所示指定参数

3.6 Methods设置

• 进入Methods任务页面，如下图所示指定计算参数

3.7 Controls设置

• 进入Controls任务页，如下图所示设置参数

3.8 监测物理量

• 右键选择模型树节点 Results > Surface > New > Point…

• 如下图所示，指定监测点坐标为 [0.5,0]

• 右键选择模型树节点 Report Definitions ，点击弹出菜单项 New → Surface Report → Vertex Average… 打开设置对话框

• 如下图所示监测指定点的Bin-2的数密度

• 相同方式监测指定点的Bin-5的数密度

3.9 初始化求解

• 进行初始化

3.10 求解计算

• 进行求解计算

• 监测到的bin2的数密度随迭代变化

• 监测到的bin5的数密度随迭代变化

3.11 计算结果

• 查看底部对称面上bin2的数密度分布，如下图所示

• 查看底部对称面上bin5的数密度分布，如下图所示

下面是文档中给出的与解析解的比较。

• bin-2的数密度比较

• bin-5的数密度比较

 

注：这里找不到原始文献，没法进行比较。但是计算结果与文档给出的结果是一致的。

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