【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工、农业的雾化喷淋计算，具体涉及到一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法。
技术介绍
1、在过去的几十年中，能源的需求量随着人类社会的发展而不断上升。喷嘴作为一种非常重要的工业装置，具有广泛的应用前景。雾化和喷淋技术在提高效率和降低能耗方面发挥了关键作用，并在工业、农业、医药等领域中得到广泛应用，包括喷涂、洗涤、冷却、加湿和燃烧和雾化等方面。随着科技的发展和创新，喷嘴的设计和性能不断提升，将为各行各业带来更多的便利与机遇。
2、在进行喷嘴结构设计时，获得雾化场质量性能参数至关重要。喷嘴研究主要采用试验方法和数值方法，随着cfd技术的发展，雾化过程的数值仿真成为一项重要手段。然而，雾化场的尺寸通常比喷嘴的尺寸大得多，能达到40-120倍。在这种情况下，广泛使用的一体化模拟方法不适用于大尺寸冷态雾化空间的研究。
3、此外，现有方法中，单独使用vof模型可以捕捉液膜的破碎过程，但对网格精度要求较高，需要大量高质量网格来实现一定的计算精度，这大大降低了计算速度。尽管dpm不需要高质量网格，但无法提供两相流的细节。结合vof和dpm两种方法优点的vof-to-dpm方法也存在计算速度慢和计算资源浪费的问题，尤其在大尺寸冷态雾化空间中。
4、因此，使用计算流体力学手段对大尺寸冷态雾化空间的热工水力现象进行耦合计算，对于喷嘴结构设计和雾化性能评价非常重要。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种适
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，包括如下步骤：
4、步骤1：对大尺寸的雾化空间进行划分和分割，得到喷嘴内部流场流体域、喷嘴外部近雾化场流体域和喷嘴外部远雾化场流体域，对流体域建模，包括喷嘴内部流场流体域简化几何模型的建立，喷嘴外部近雾化场流体域简化几何模型和尺寸确定以及远雾化场流体域简化几何模型的建立，具体步骤如下：
5、步骤1-1：在流体域划分中，从喷嘴出口平面将计算域分为喷嘴内部流场流体域和喷嘴外部雾化场流体域，运用几何模型建立软件建立喷嘴内部流场流体域的简化几何模型；
6、步骤1-2：运用几何模型建立软件建立喷嘴外部近雾化场流体域简化几何模型，近雾化场流体域可简化为半径为r、高度为h的圆柱体，并在圆柱体的一个端面中心分割出和喷嘴内部流场流体域出口尺寸相同的一个圆面；r和h的具体数值由破碎长度lb和设计雾化锥角α初步确定：
7、h＝1.5～2.5lb (1)
8、lb＝5.0104fn0.6138we-0.1966re0.2470 (2)
9、
10、
11、
12、
13、式中，fn为喷嘴结构无量纲数，反映喷嘴结构对雾化破碎的影响(这个含义不清楚)；we为韦伯数，反映惯性力和表面张力对雾化破碎的影响；re为雷诺数，反映流体流动状态对雾化破碎的影响；fin为喷嘴入口面积，单位是m2；d0为喷嘴出口直径，单位是m；dx为喷嘴旋流室直径，单位是m；ρ为工质密度，单位是kg/m3；v为喷嘴出口工质速度，单位是m/s；σ为工质表面张力系数，单位是n/m；μl为工质粘度系数，单位是kg/(m s)；
14、步骤1-3：运用几何模型建立软件建立喷嘴外部远雾化场流体域简化几何模型，远雾化场流体域可简化为半径为r、高度为h的圆柱体；r和h的具体数值由大尺寸的冷态雾化空间的具体尺寸决定；
15、步骤2：在步骤1中得到的喷嘴内部流场流体域简化几何模型、喷嘴外部近雾化场流体域简化几何模型和喷嘴外部远雾化场流体域简化几何模型的基础上，对不同计算域的简化几何模型进行网格划分，得到喷嘴内部流场流体域网格模型、喷嘴外部近雾化场流体域网格模型和喷嘴外部远雾化场流体域网格模型；
16、步骤3：利用计算流体力学软件的两相流模型，在喷嘴内部流场流体域网格模型范围内进行两相流动计算，具体步骤如下：
17、步骤3-1：开启计算流体力学软件的vof两相流模型，进行喷嘴内部流场的两相流动计算，依据液相工质和气相环境的实际物性参数设置两相材料的性质，包括密度、粘度、表面张力系数，设置气相为第一相，液相为第二相；
18、步骤3-2：根据实际运行工况，设置喷嘴入口位置处的工质入口条件，工质入口条件为喷嘴入口压力或入口流量或入口速度和喷嘴入口两相体积分数；
19、步骤3-3：根据实际运行工况，设置喷嘴出口位置处的工质出口条件，包括喷嘴出口压力和喷嘴出口回流参数；
20、步骤3-4：进行喷嘴内部流场流体域的两相流动瞬态计算，求解两相混合物的质量、动量方程，得到喷嘴内部流场流体域的两相演变情况，以及喷嘴内部流场流体域出口的速度分布和两相体积分数分布；
21、步骤4：通过喷嘴内部流场流体域出口的速度分布和两相体积分数分布将喷嘴出口信息传递到喷嘴外部近雾化场流体域网格模型；
22、步骤5：利用计算流体力学软件的vof-to-dpm模型在喷嘴外部近雾化场流体域网格模型范围内进行液膜形成和破裂过程的计算，具体步骤如下：
23、步骤5-1：开启计算流体力学软件的vof两相流模型，进行喷嘴外部近雾化场的两相流动计算，依据液相工质和气相环境的实际物性参数设置两相材料的性质，包括密度、粘度、表面张力系数，设置气相为第一相，液相为第二相，此外开启计算流体力学软件中的离散相dpm模型，选定离散型材料和液相工质保持一致，设置离散相的开始注入时间为模拟计算周期之后的值，保证模拟计算期间无离散相生成，保证喷嘴外部近雾化场流体域中的离散型均为连续相转换而来；
24、步骤5-2：设置喷嘴外部近雾化场流体域网格模型中的圆面为入口边界，读取profile文件中的速度矢量分布作为入口速度边界条件，读取profile文件中的两相体积分数分布作为入口两相体积分数边界条件；
25、步骤5-3：根据实际运行工况，设置喷嘴外部近雾化场流体域喷嘴出口位置处的工质出口条件，包括喷嘴外部近雾化场流体域喷嘴出口压力和喷嘴外部近雾化场流体域喷嘴出口回流参数；
26、步骤5-4：选定过渡相位液相工质，开启vof-to-dpm模型转换功能，根据实际条件设置转换参数，包括转换频率和转换标准；
27、步骤5-5：开启网格自适应细化，按照单个网格内的两相体积分数进行网格的细化或粗化，并根据喷嘴外部近雾化场流体域网格模型实际情况设置细化和粗化频率；
28、步骤5-6：进行喷嘴外部近雾化场流体域的液膜演变瞬态计算，求解两相混合物的质量、动量方程，同时进行vof两相流模型和离散相dpm模型间的质量和动量传递，得到喷嘴外部近雾化场流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤2具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤4具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤5中所述转换标准包括最大等体积球径、半径标准差和半径表面正交性。
5.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤6具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤2具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸冷态雾化空间的分区模拟计算方法，其特征在于：步骤4...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明军，陈青山，郭凯伦，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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