本例演示利用Fluent中的VOF-to-DPM模型计算连续液体经过喷嘴后演化为液滴的过程。

1 模型描述

案例几何模仿ANSYS官方Tutorials视频，但原视频并未提供任何与尺寸有关的数据，这里的尺寸都是估计的。两个喷嘴直径4 mm，喷嘴与平面之间角度为45度，下部计算区域宽度30 mm，高度60 mm，长度80 mm。计算模型如图所示。进入喷嘴的介质为液态水，速度100 m/s，计算区域下部空间初始时刻全为空气。

计算网格可以使用四面体、六面体、hexcore或多面体，本案例使用多面体网格。生成计算网格如下图所示。

2 Fluent设置

2.1 General设置

• 如下图所示激活选项Transient采用瞬态计算

2.2 湍流模型

• 如下图所示顺序选择SST k-omega湍流模型

2.3 多相流模型

• 选择VOF多相流模型

• 设置空气为主相

• 进入材料添加对话框，从材料库中添加液态水

• 指定水为次相

• 进入Phase Interaction选项卡，指定表面张力系数为0.072 N/m

2.4 DPM模型设置

• 如下图所示打开DPM模型

• 新建入射器，如下图所示设置参数。这里可以将Flow Rate设置为0

2.5 设置VOF-to-DPM参数

• 进入多相流设置对话框，如下图所示设置Model Transition

• 进入VOF-to-DPM Parameters对话框，如下图所示设置参数

• 进入材料添加对话框，如下图所示添加材料介质，注意Material Type为inert-partical

• 如下图所示为新添加材料命名

• 进入入射器设置对话框，指定Material为前面添加的材料water-liquid-p

注：确保欧拉相材料介质与颗粒相材料介质参数保持一致，否则软件会一直提示错误信息。

2.6 边界条件设置

• 指定两个入口边界边界条件

• 如下图所示指定边界速度为100 m/s

• 指定边界inlet-left的water相体积分数为1，表示进入的介质全部为水

• 指定边界inlet-right的water相体积分数为1，表示进入的介质全部为水

• 指定壁面边界walls的DPM条件为wall-film，如下图所示

2.7 Methods设置

• 如下图所示选择求解算法

2.8 Controls设置

• 如下图所示设置计算参数

• 进入高级求解控制对话框，如下图所示设置

2.9 初始化

• 采用inlet-left进行初始化，指定water Volume Fraction为0

2.10 Patch计算区域

• 新建Region

• 采用如图所示参数创建区域

• 进入Patch对话框，如下图所示指定相关区域全为水，这里的区域为前面创建的两个喷嘴内部区域

2.11 网格自适应

• 创建网格区域

• 如下图所示创建区域dynamic_adapt_refine

• 如下图所示创建第二个区域dynamic_adapt_coarse

• 如下图所示新建一个表达式

• 如下图所示创建表达式的内容

注：这里的计算区id为169，不同的网格id值可能有区别，通过cell zone conditions节点查看id值。

• 点击按钮**Refine/Coarsen…**打开网格自适应控制对话框

• 如下图所示设置参数

2.12 并行计算控制

• 点击按钮**Partition/Load Balance…**打开设置对话框

• 如下图所示，对话框中取消选项Mesh Adaption

• 双击模型树节点Calculation Activities → Execute Command打开设置对话框，如下图所示设置参数

2.13 计算参数

• 指定迭代步数与时间步长，如下图所示

若计算过程中存在收敛问题，不妨降低时间步长。

计算速度实在太慢了，我用36硬核计算了接近1个小时才算了2个时间步，这个案例可能要算上个把星期，我这里算力不足，放弃了。有算力充足的道友不妨试试。本次就看不到计算结果了。时间足够长，大概能得到下图所示的结果。

下面是cas与dat文件，使用的版本为Fluent 2020R1。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道