射流CFD模擬課程設(shè)計課件

基于ICEM和FLUENT的噴嘴非淹沒射流模擬基于ICEM和FLUENT的噴嘴非淹沒射流模擬1主要內(nèi)容射流及VOF模型介紹數(shù)學(xué)模型說明ICEM網(wǎng)格劃分FLUENT求解過程及結(jié)果主要內(nèi)容射流及VOF模型介紹2射流射流是流體運動的一種重要類型，射流的研究涉及到許多領(lǐng)域，如熱力學(xué)、航空航天學(xué)、氣象學(xué)、環(huán)境學(xué)、燃燒學(xué)、航空聲學(xué)等。在機械制造與加工的過程中，就經(jīng)常利用壓縮空氣噴槍噴射出高速射流進(jìn)行除塵、除水、冷卻、霧化、剝離、引射等。在工業(yè)生產(chǎn)中，改善氣槍噴嘴的設(shè)計，提高氣槍的工作效率對于節(jié)約能源具有重大的意義。一股速度很大的流動射入周圍流體時所形成的流動，稱之為射流。而按照射流周圍介質(zhì)的性質(zhì)，射流又可以分為淹沒射流和非淹沒射流。若射流介質(zhì)與周圍介質(zhì)相同則稱為淹沒射流，若不同則稱為非淹沒射流。淹沒射流因為周圍介質(zhì)為同一種介質(zhì)，故而射流的能量很快就傳遞到了周圍介質(zhì)中，這也就決定了淹沒射流在出口處有一個短暫的加速之后速度會很快降低。而非淹沒射流如水射人空氣中，因空氣對水的阻力較小，故而軸線上的速度減弱較慢。射流射流是流體運動的一種重要類型，射流的研究涉及到許3VOF模型VOF模型（VolumeofFluid）通過求解單獨的動量方程和處理穿過區(qū)域的每一流體的容積比來模擬兩種或三種不能混合的流體。典型的應(yīng)用包括流體噴射、流體中大泡運動、流體在大壩壩口的流動、氣液界面的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)處理等。它的限制是必須使用分離求解器，只有一種物相可以是可壓縮流體，不能計算流動方向的周期性流動、組元混合與反應(yīng)流動和無粘流動，不能與大渦模擬（LES）同時進(jìn)行計算，不能采用二階隱式時間推進(jìn)格式，不能使用壁面的薄殼傳導(dǎo)模型。VOF模型VOF模型（VolumeofFluid4噴嘴射流流動的數(shù)學(xué)模型——連續(xù)性方程

噴嘴射流流動的數(shù)學(xué)模型——連續(xù)性方程

5噴嘴射流流動的數(shù)學(xué)模型——N-S方程

噴嘴射流流動的數(shù)學(xué)模型——N-S方程

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9ICEM結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分（關(guān)于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的說明）ICEM結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分（關(guān)于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的說明）10ICEM結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分本次模擬采用ICEMCFD對模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格質(zhì)量較高。模型主要參數(shù)如下：噴嘴進(jìn)口直徑：4.5mm，噴嘴出口直徑1mm，具體模型參數(shù)將在報告中給出。ICEM結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分本次模擬采用ICEMCFD對模型進(jìn)行結(jié)11網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果利用Determinent2x2x2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查的結(jié)果，顯示網(wǎng)格質(zhì)量非常好。采用Angle標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查的結(jié)果，也顯示網(wǎng)格質(zhì)量良好。網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果利用Determinent2x2x2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行12局部網(wǎng)格放大圖噴嘴進(jìn)口，邊界層進(jìn)行了加密。局部網(wǎng)格放大圖噴嘴進(jìn)口，邊界層進(jìn)行了加密。13局部網(wǎng)格放大圖噴嘴出口口，出口處進(jìn)行了加密。局部網(wǎng)格放大圖噴嘴出口口，出口處進(jìn)行了加密。14局部網(wǎng)格放大圖噴嘴整體網(wǎng)格劃分局部網(wǎng)格放大圖噴嘴整體網(wǎng)格劃分15Fluent模擬過程.導(dǎo)入網(wǎng)格并檢查質(zhì)量.時間類型及對稱設(shè)置.設(shè)置VOF多相流模型.選取湍流模型.調(diào)取水并進(jìn)行兩相流設(shè)置.運行工況條件設(shè)置.邊界條件設(shè)置（包括進(jìn)口邊和出口邊）.求解方法設(shè)置.松弛因子設(shè)置.殘差圖設(shè)置.計算初始化.動畫設(shè)置.設(shè)置時間步長.計算及結(jié)果展示Fluent模擬過程.導(dǎo)入網(wǎng)格并檢查質(zhì)量16網(wǎng)格導(dǎo)入及網(wǎng)格質(zhì)量報告網(wǎng)格導(dǎo)入及網(wǎng)格質(zhì)量報告17設(shè)置time類型為Transient,計算區(qū)域類型為二維對稱型設(shè)置time類型為Transient,計算區(qū)域類型為二維對稱18VOF模型設(shè)置VOF模型設(shè)置19湍流模型設(shè)置湍流模型設(shè)置20調(diào)入水并進(jìn)行兩相設(shè)置調(diào)入水并進(jìn)行兩相設(shè)置21運行工況設(shè)置運行工況設(shè)置22進(jìn)口邊進(jìn)口邊23出口邊出口邊24求解方法保持默認(rèn)求解方法保持默認(rèn)25松弛因子保持默認(rèn)松弛因子保持默認(rèn)26設(shè)置殘差圖設(shè)置殘差圖27初始化，注意watervolumefraction設(shè)置為0，表明初始時環(huán)境中全部是空氣初始化，注意watervolumefraction設(shè)置為28動畫設(shè)置動畫設(shè)置29設(shè)置時間步長設(shè)置時間步長30計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖）計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖）31進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖（時間較長）進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖（時間較長）32進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖（動態(tài)圖）進(jìn)口速度為10m/s時速度云圖（動態(tài)圖）33計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為10m/s時渦量云圖）計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為10m/s時渦量云圖）34進(jìn)口速度為10m/s時殘差圖進(jìn)口速度為10m/s時殘差圖35計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為100m/s時）速度云圖計算結(jié)果展示（進(jìn)口速度為100m/s時）速度云圖36反思及拓展1.問題的幾何模型建立還有些問題，總結(jié)來說就是太長太寬，不僅浪費計算機內(nèi)存，更會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.本次模擬中對于時間步長及庫朗數(shù)的設(shè)置還存在一些問題，有待深入學(xué)習(xí)探討。3.后處理仍然不足。4.可以通過改變重力加速度的設(shè)置及其他參數(shù)進(jìn)行噴泉模擬。5.水的射流速度可以再加大，在亞音速和超音速情況下進(jìn)行模擬，但數(shù)學(xué)模型及其他參數(shù)可以修改。反思及拓展1.問題的幾何模型建立還有些問題，總結(jié)來說就是太長37主要參考文獻(xiàn)王福軍.計算流體動力學(xué)分析——CFD軟件原理與應(yīng)用周文會.高壓水射流噴嘴內(nèi)外部流