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Fluent|欧拉壁膜

内容纲要

本案例利用Fluent中的欧拉壁膜模型(EWF)计算机翼的液膜形成过程。

注:本案例来自Fluent案例集

飞机覆冰分析的第一步是计算给定飞行条件下飞机机身的液滴收集/碰撞特性。这一过程中比较感兴趣的参数是液滴的收集或捕获效率。

当防冰系统开启后,过冷液滴撞击机身,在机身表面形成水膜。该膜在高剪切作用下,在表面上流动,在边缘和条带处分离,再以液滴颗粒的形式释放。这称为湿跑和回跑场景。

Fluent中的EWF模型可以用来预测液滴收集效率。EWF模型可以与以下模型耦合使用:

  • 离散相模型。颗粒在壁面上被收集形成液膜。

  • 欧拉多相流模型。次相质量被收集在壁面上形成液膜。

EWF模型只能用于三维求解,其假设薄膜总是平行于表面流动,故薄膜速度的法向分量为零。

本案例包含内容:

  • EWF模型与欧拉模型耦合形成液膜

  • 使用EWF模型计算收集效率

1 问题描述

本教程的目标是模拟NACA-0012机翼上运行的薄膜并确定收集效率。翼型攻角5度,马赫0.4,自由流中液体水含量(LWC)为1g/m3。

计算模型如图所示。

2 Fluent设置

  • 3D、Double Precision模式启动Fluent

  • 读取计算网格NACA_0012.msh

2.1 General设置

  • 采用默认设置

2.2 Models设置

  • 激活Eulerian多相流模型

  • 激活Energy Equation考虑温度变化

  • 激活采用SST k-omega湍流模型

2.3 Materials设置

  • 修改air密度为ideal-gas

  • 添加材料water-liquid

2.4 设置相

  • 设置空气为主相

  • 设置水为第二相

  • 相间作用中湍流分散力模型选择diffusion-in-vof,弹出的对话框采用默认设置

  • 设置相间换热为ranz-marshall模型

2.5 边界条件设置

1、far-field_1设置

  • 设置入口混合相总压为11809.64 Pa,如下图所示

  • 设置入口气相速度分量,如下图所示

注:攻角5°

  • 设置入口气相温度为309.6 k

  • 设置入口液相速度分量,如下图所示

  • 设置入口液相温度309.6 k

  • 设置液相体积分数为1e-6,如下图所示

2、far-field_2设置

  • 如下图所示设置出口

  • 其他参数保持默认设置

2.6 Methods设置

  • 如下图所示选择求解方法

2.7 初始化计算

  • 采用混合初始化

2.8 迭代计算

  • 迭代计算400次

注:建议将收敛残差修改到1e-5以下,或者干脆不用残差控制收敛。

2.9 计算结果

  • 机翼附近的速度分布如下图所示

  • 机翼上液相体积分数分布

3 液膜计算

3.1 液膜模型设置

  • 激活Eulerian Wall Film模型,如下图所示设置模型参数

  • 设置求解EWF模型的求解控制参数,如下图所示

3.2 边界条件设置

  • 打开边界wing_lower,如下图所示激活选项Eulerian Film Wall,并选择选项Initial Condition,其他参数保持默认设置

  • 边界wing_upper采用默认设置

3.3 液膜初始化

  • 进入EWF模型设置面板,点击按钮Initialize初始化液膜分布

3.4 求解计算

  • 迭代计算200步

3.5 计算结果

  • 液膜厚度

  • 液膜速度

4 收集效率

  • 进入EWF模型设置面板,如下图所示设置Phase Velocity138.8 m/s

  • 继续迭代计算

  • 机翼上次相收集系数如下图所示

  • 定义等值面,如下图所示

  • 绘制收集效率沿曲线分布

  • 次相收集系数分布曲线如下图所示


多相流系列结束了。下一个主题该是什么呢?化学反应?后处理?CFX?STAR CCM+?OpenFOAM?Cradle?XFlow?呃,最近嗓子不太舒服,休息几天先。

相关文件:

链接:https://pan.baidu.com/s/1OELNWex3nNLcztBf1HSUyQ 
提取码:puwl

视频操作:

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent|欧拉壁膜》
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