基于OpenFOAM的VOF-DDM模型对雾化现象的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于ＯｅｎＦＯＡＭ的ＶＯＦ－ＤＤＭ模型对ｐ雾化现象的研究硕士研究生：丁群指导教师：朱卫兵教授学科、专业：航空宇航科学与技术论文主审人：王革教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于OpenFOAM的VOF-DDM模型对雾化现象的研究硕士研究生：丁群指导教师：朱卫兵教授学位级别：工学硕士学科、专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年1月8日论文答辩日期：2018年3月10日

2、学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngApplicationofVOF-DDMModelForAtomizationNumericalSimulationBasedonOpenFOAMCandidate:DingQunSupervisor:Prof.ZhuWeibingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:AerospaceScienceandTechonogyDate

3、ofSubmission:January8,2017DateofOralExamination:March10,2018University:HarbinEngineeringUniversity基于OpenFOAM的VOF-DDM模型对雾化现象的研究摘要以液体燃料为动力装置的设备在航空航天领域中有着广泛的应用，如超燃冲压发动机、航空发动机燃烧室、液体火箭发动机等。液体为燃料的航空航天发动机以其独特的优势，无论在民用还是军事国防领域都有着重要的地位。而液体燃料的雾化则成为发动机中非常重要的环节，液体燃料雾化效果的好坏不仅直接影响动力装

4、置的性能，也会影响到发动装置的可靠性。因此对雾化的研究是十分必要的。首先，本文回顾并归纳了国内外学者对雾化现象的数值模拟方法，由于雾化是一个跨尺度的物理过程，传统的数值模拟方法通常采用VOF（Volume-Of-Fluid）法和DDM（TheDiscreteDropletModel）法对不同尺度的雾化现象分别进行模拟。由于两种不同的算法存在各自的优缺点，近年来，采用耦合模型对雾化的数值模拟方法正逐渐被广大学者所开发。本文基于OpenFoam开源软件平台，以VOF方法和DDM方法为理论依据，开发了适用于多尺度雾化的VOF-DDM模型求解

5、器，并详细介绍了该模型的耦合算法，分析了该模型中的关键参数及其选取。对比了两种传统模型与VOF-DDM模型在雾化方面的数值模拟效果，从计算结果来看，VOF-DDM模型兼备了两者的优点，摒弃了两者的缺点，拥有更好的模拟效果。为了验证VOF-DDM模型的适用性，本文将对2007年K.Lee和C.Aalburg的雾化实验进行数值模拟，从计算结果来看与实验符合较好，能够较清晰地对雾化跨尺度现象进行描述，说明了VOF-DDM模型的准确性。为了增强对撞式喷嘴的雾化效果，本文对该类型喷嘴进行了多组工况的数值模拟，对影响雾化效果的因素进行了分析，并给

6、出了相应结论。关键词：雾化；数值模拟；OpenFOAM；VOF；DDM基于OpenFOAM的VOF-DDM模型对雾化现象的研究ABSTRACTEquipmentpoweredbyliquidfueliswidelyusedinaerospacefield,suchasscramjetengine,aeroenginecombustor,liquidrocketmotorandthesoon.Becauseoftheuniqueadvantages,liquid-fueledaerospaceengines,playanimportan

7、trolebothincivilandmilitarydefense.Theatomizationofliquidfuelhasbecomeaveryimportantpartoftheengine.Theeffectofliquidfuelatomizationnotonlydirectlyaffectstheperformanceofthepowerplant,butalsoaffectsthereliabilityofthelaunchdevice.Therefore,itisnecessarytostudytheatomiza

8、tion.Atfirst,thepaperreviewsandsummarizesthenumericalsimulationmethodsofatomizationphenomenonbydomesticandfore