喷嘴结构设计与流场分析毕业设计说明书+CAD图纸(14)
液体的雾化过程实质上就是通过某种方法将一定体积的液体破碎，使之成为由许多小颗粒组成的液滴群。液体的雾化过程是外力(液体压力、气动力等)与液体的表面张力和粘滞性之间相互竞争的过程，液体的表面张力试图使液体保持球形(此时液滴的表面能最小)，而液体的粘性则阻碍液体的变形，当外力作用足以克服表面张力和液体粘性时。液体就会破碎成为许多液滴。而这些液滴是不稳定的，在周围气流的作用下，又会发生二次雾化，进而破碎成更小的颗粒。由于气动雾化和气体辅助雾化的过程是一个十分复杂的过程，因此至今为止尚未能将雾化的过程建立一个数学模型来进行描述。目前对于气体辅助雾化的数值模拟研究主要是对喷嘴下游的喷雾的模拟。
本文将水雾化的过程进行模拟：利用ANSYS相关软件对喷嘴口的气体同液体进行数值模拟。对设计出的不同结构进行流场分析，并与实验结果相对比。由于在研究中包含不同成分即胶水与空气的相互作用，并且在喷嘴出口出处于湍流状态，因此还要遵循组分守恒定律和附加输运方程。
6.2 湍流模型
湍流出现在速度有变动的地方。这种波动使得流体介质相互交换能量、动量及浓度变化，并且引起了数量的变化；由于这种波动是高频率且是小尺度的，所以在工程的实际应用计算中直接模拟对计算机的要求就会很高；因此在对湍流的计算中都需要对湍流模型的模拟能力以及计算机所需要系统的总和考虑后，选择合适的湍流模型进行计算模拟。
Fluent中提供了以下湍流模型：单方程（Spalart-Allmaras）模型、双方程（标准 k-ε）模型、重整化群 (RNG) k-ε模型、可实现（Realiable）模型等，本文模拟过程采用标准 k-ε模型。
6.3 组分输运模型
在Fluent中，通常对第i种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数。守恒方程采用如下的通用形式：
∂/∂t (ρY_i )+∇∙(ρν ⃗Y_i )=-∇(J_i ) ⃗+R_i+S_i （6-1）
式中：
Yi：每种物质的质量分数；
Si：离散相及自定义源项而导致的额外产生率；
Ji：物质i的扩散通量，有浓度梯度产生；
Ri：化学反应的净产生率。
6.4 流场分析参数的确定
1．工况
喷嘴出口1.3mm，小孔孔径0.5mm，S(出口)=1.33×10-6m2，P(气体)=1.1×106Pa左右，
2．网格划分
由于喷嘴的总体结构比较复杂，构件较多所以采用简化模型对喷嘴进行划分网格并数值模拟，采用的是三角网格，总网格数较多。简化后的喷嘴及划分网格后的结构如下图所示。
图6-1 喷嘴分析模型
图6-2 喷嘴的网格划分
6.4.1 数值模拟方法
本文采用混合模型模拟喷嘴的气液两相的流动，混合模型是一种简化的多相流模型，它用于模拟有强耦合的各相同性多相流和各相有不同速度的多相流。混合模型适用于分散相有着宽广的分布，或者分散相的volume fraction超过10％的情形，且用于只有一相是可压缩的，适用于粘性流动，压力和速度的耦合采用Simple方法。
（1）入口边界条件
气体入口压力：0.1Mpa
液体入口的质量流量：5.3g/s
温度为室温、湍流强度I按下式计算：
I=0.16(ReDH)-1/8
Re为入口处的雷诺数
（2）出口边界条件
出口边界定在喷嘴的出口截面，边界设为压力型出口，出口的压力为一个大气压
（3）壁面边界条件
固体壁面上采用无速度的滑移和无质量的渗透条件，即中∅=0。为了保证计算的精度，同时又避免壁面附近过细的网格划分，本文采用成熟的壁面函数(wall function method)进来考虑壁面的影响。