雾化过程的多尺度仿真算法-论文.pdf

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1、第36卷第3期国防科技大学学报Vol_36No．32014年6月JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYJun．2014雾化过程的多尺度仿真算法刘昌波，雷凡培，周立新(1．西安航天动力研究所，陕西西安710100；2．中国航天科技集团公司，北京100037)摘要：提出了一种雾化过程多尺度仿真算法：对大块液团运动，采用流体体积法直接模拟；将与网格尺度相当或更小的液滴简化成粒子，采用一种基于虚网格的拉格朗日粒子法进行追踪；湍流运动采用了湍流动能单方程输运模型的大涡模拟。基于新算法开发了一套仿真程序，并对此程序进行了验证，对影响模型精度的重要

2、参数进行了深入研究。采用该算法对单股射流的雾化过程进行了仿真，雾场的瞬态和统计特性分析Kmnpp表明，仿真结果与试验结果吻合较好。关键词：雾化；多尺度仿真；大涡模拟；流体体积法；拉格朗日粒子法中图分类号：V434．13文献标志码：A文章编号：1001—2486(2014)03—0025—07AnewmultiscalesimulationmethodforprimaryatomizationL／UChangbo，LEIFanpei，ZHOULixin(1．Xi’alAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China；T2．ChinaAerospa

3、ceScienceandTechnologyCorporation，Beijing100037，China)Abstract：Anewmuhiscalemethodofprimaryatomizationisproposed．Theliquidblobslargerthanthedvolumeswerecapturedbythev~umeoffluidalgorithm，thedropletscomp~ablewiththegridv~umesorsmallerweresimplifiedtoparticlesandtrackedbyaL~ansianparticletrackingmo

4、delonavirtualmesh．Largeeddysimulationwithoneequationsub—gadscaleturbulentenergytransportmodelwasusedtodescribetheturbulentflow．Anewdevelopedcodewasvalidatedbyseveralcases，andsomekeyparametemwereinvestigatedtoimprovetheprecision．Theprimaryatomizationofasin~ejetwascalculated，andtheresultsofinstanta

5、neousandaveragecharacteristicsareingoodagreementwjt}ltheexperimentalresults．Keywords：prima~atomization；muhiscale；largeeddysimulation；volumeoffluid；Lagangianparticletracking符号说明液体体积分数湍流动能应力张量动量分配系数曲率[m]速度[ms]C常数质量[kg]体积[In]6Dirac函数界面单位法向动力粘度[kgIn～s]d，D直径[131]压力[Nm]运动粘度[ms]湍流耗散率密度[kgm]位置[In]，力[N]气液

6、界面表面张力系数[Nm]g重力常数[ms]源项长度尺度／变化J单位张量时间[s]下标液体体积分数in进人P粒子网格lim控制限r相对k湍流动能out出去湍流耗散率上标气液界面亚网格尺度一大涡过滤转置·收稿日期：2013—09—09基金项目：国家重大基础研究资助项目(613193)作者简介：刘昌波(1979一)，男，山东平度人，博士研究生，E—mail：5993705@qq．corn；周立新(通信作者)，男，研究员，博士，E—mall：Choulx@163．eom·26·国防科技大学学报第36卷雾化是液体燃烧装置中非常关键的一个过1控制方程和计算模型程，雾化质量对燃烧性能和污染物排放具有重

7、要的影响。根据仿真模型的复杂程度，雾化过程的雾化过程的多尺度仿真算法主要涉及V0F数值仿真可以分为三类：工程中广泛使用的是简—LES法和虚网格LPT法，为了保证模型的完整化模型，如波动破碎模型J、Taylor类比模型]、性，还有液滴识别模块、液滴转化模块等附加模两者的混合及衍生模型等，这些模型通常针对块。下面列出相关方法的控制方程及计算模型。不同结构的喷嘴使用不同的经验系数，计算量较1．1VOF—LES法小，但精度一般较差，普适性也