FLUENT喷嘴射流雾化过程仿真

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。

• 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