2864 基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究

2864 基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究,基于,ansys,喷雾器,喷嘴,仿真,研究,钻研 34 价值工程喷雾器喷头工艺优化模拟Simulation and Optimization of Spray Nozzle Technology敖永翠Ao Yongcui；郭志忠Guo Zhizhong；gJ! 过Yao Zhiguo；张连瑞Zhang Lianrui(海南大学机电-I-程学院，儋州571737：山东省临沂市供电公司，临沂276003)(耽ollege of Electrical and Mechanical Engineering of Hainan University，Danzhou 571737，China；)IAnyi Power Supply Company of Shandong，Linyi 276003，China)摘要：本文利用moldflow软件优化喷雾器喷头，得到合理、可靠的注射工艺参素，优化模具结构Abstract：，11lis article optimizes spray nozzle by moldflow software，then has a reasonable and reliable process parameters of injection elements。optimizing the mold structure关键词：喷雾器喷头：最佳浇口位置：气穴；熔接痕；翘曲Key words：spray nozzle；best gate location；cavitation；weld；warping中图分类号：THl6 文献标识码：A0引言随着农业生产的发展，我国农药用量也在不断增加。因此，人们使用喷雾器以提高喷施的质量和减少环境污染等。影响喷雾器喷射质量的因素很多，就其本身而言，喷头是个关键因素。ltl由于塑件喷雾器喷头厚度较厚，平均厚度为6ram左右，且为环形结构：故容易产生翘曲、填充不足、冷却不均等问题。本文通过对喷雾器喷头的CAE模拟分析，优化喷雾器喷头的注塑参数、浇口位置和冷却系统等，以提高其生产率、保证产品质量。1有限元模型前处理11模型材料与成型工艺解析由于喷雾器喷头得农用需要，要求该制品的强度高、耐气候变化性好，抗氧化剂、还原剂抵抗力强等，故选用聚氯乙烯(PVC o12模型的建立及网格修改在Proe中创建喷雾器喷头的兰维模型(如图l所示)，导入moldflOW软件网格修改后，如图2所示，单元最大纵横比为3551000，平均纵横比1615000，匹配百分比为887，能够满足分析的精度要求。圈1三维模型 圈2网格模型2模型模拟分析21浇口数方案设计浇口的设计主要包括浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。传统设计是基于经验进行浇口布置，只要制品质量凭人的主观感觉是可接受的，就认为浇口位置是合理的，这种方法显然难以满足高精密制品的要求。在MPI中可进行最佳浇口位置分析，可避免由于浇口位置设置不当引起的不合理成型。如图3所示的浇口设计，设置4种不同方案的浇口位置和数量，找出型腔内熔体流动均匀，充填好，容易获得质量好的制品的浇口方案。各个浇口的成型情况如表l所示，综合起来方案1成型过程较好，但充填不足，可增大注塑压力，升高模具温度等进行优化设计。22优化模拟将方案1通过moldflow软件中的成型窗口分析得到较合理的工艺参数模具温度为33，熔体温度为212C，注射时间为6002S：由图4可知它们都在首选区域内。调整速度，压力由注射压力于120MPa，保压压力与时间为：2357300S内的保压压力为46-33MPa。作者简介：敖永晕(1987一)女，重庆綦江人，在读本科生，机械电子工程专业：郭恚忠(通讯作者)(1977一)。男。广东潮阳，讲师。研究方向为机械制造。文章编号：10(16-4311(2011)01-0034-02圈3不同浇口方案设置表1浇口方案成型比较方案 填充时间 缺胶 气穴 熔接痕方案一 1322s 是 少量 少方案二 98199 是 较多 多方案三 96078 是 较多 多方案四 9270B 是 较多 较多圈4成型区域万方数据Value Engineering 35常闭式挡车装置的设置与应用Setting and Application of Normally Closed Anti-car-running Device许空军Xu Kongjun；崔全锋Cui Quanfeng(平顶山煤业集团六矿，平顶山467000)(Pingdingshan Coal Group VI Mine，Pingdingshan 467000。China)摘要：介绍了煤矿斜巷轨道运输申挡车装置的设置和两种常闭式挡车装置的应用Abstract：This paper introduced the setting of anti-car-running device in inclined lane orbit track and the application of two normally closed arnicar-running device关键词：斜巷：挡车装置：常闭式Key words：inclined lane；anti-car-running device；normally closed中图分类号：TH6 文献标识码：A0引育在煤矿生产过程中，运输工作是一个非常重要的环节，而运输系统中，特别是斜巷轨道运输中，运输安全是一切工作的重中之重。在煤矿轨道运输的倾斜巷道中，必须装设挡车装置，凡新设计的运输斜巷，必须同时设计相应的挡车装置；凡装设有挡车装置的矿井，必须坚持使用，不得以任何借口，弃之不用或随意拆卸，这在第三百七十条中有了很明确的规定。选用挡车装置，必须根据具体使用条件进行设计，设计图纸经矿机电副工程师审查批准后，方可投入制造，制造必须严格按设计进行，不得粗制滥造，影响使用效果。任何一种新型的挡车装置，或是一种挡车装置的使用条件(巷道倾角，提升串车数，装置距离等)有改变者，均必须在进行试验后，方可正式投入使用。试验条件必须符合实际情况。各车场把钩工交接班时，要对所辖的挡车装置的运行情况进行交接，对出现故障或隐患，未消除之前，把钩工不得发提升信号，并报告主管部门，立即处理，合格后方可进行提升，下面就挡车装置的设置和应用浅谈自己的一些经验。1挡车装置的设置11挡车装置的设置必须遵循以下各点：必须是监视灵活，操作准确，挡车可靠。在斜巷的上变坡点，装置应是常闭式的，仅在矿车正常通过时，方可打开，待矿车通过后，随即关闭。在上坡口装设有常闭式装置的情况下，中部和下部，允许设置常开式的装置。挡车装置的设置。不得影响正常提升和加剧钢丝绳的磨损，同时要考虑人车，大型设备及长材料通过的可靠性。挡车装置(包括操作机构和车挡)应尽避免设置在轨道的下方(即安装高度低于轨面)，更不得被浮煤、矸和水的淤积物堵塞，影响其动作的灵敏及可靠性。应易于复位，提高车挡的复用率和减少对矿车的破坏。装置的复位和检修，应尽量避免影响正常提升。12对甩车场提升道，在其变坡点下方20m左右处，必须装设挡车装置。作者简介：许空军f 1969一)，男，河南虞城人，助工，从事煤矿机电管理工作：崔全锋【1980一)，男，河南虞城人。技术员，从事煤矿机电技术工作。文章编号：1006-431 I(201 1)01-0035-0213挡车装置的选型、设计或引进，均应从本单位自己的实际情况出发，考虑自身的管理水平、制造、维护和修理能力。14几种较为成熟的挡车装置：操作(控制)机构。1)上变坡点用A：电动、与绞车深度指示器联动，用于常闭式装置。B、绳压轮式，利用提升钢丝绳的张力差操作，与提升绞车联动，可用于常闭式和常开式。2)中部或下坡口用：A、摆杆碰撞式，利用下跑矿车的冲击力操作(属自动型)，用于常开式。B、光电开关(或轮压开关)电磁铁控制，用于常开式。手档。A、网挡：用钢丝绳编织、柔性，有缓冲作用。B、门挡用型钢制作，刚性，在矿车撞击处和轨道中的承接处，设置有缓；中装置，有侧开，起落开之分。C、缓冲吸能车挡：有钢带或钢丝绳缓冲之分，有柔性网挡和刚性门挡两种。2确定挡车装置的设置位置和数的规定21变坡点下方不许设有挡车装置，装设位置距变坡点约20m左右。确定该距离的根据应是对常开式，车挡的下落到位必须超前于下跑矿车到达挡车位置前一个At的时间。对常闭式，在正常下方(或上提)矿车到车挡前，车挡必须提前一个。At的时间打开，即：AtAt2一Atl。式中tl为车挡动作所需时间，S；t2为下跑矿车到达车挡前所需时间s。在完成上述动作的前提下，考虑到车挡受力过大，故装置地点距变坡点以近为利。22斜巷中部是否装设及数量，可根据自己斜巷的倾角、斜长、跑车事故史等情况设置。23斜巷下坡口，可在起坡点以上30m左右设置挡车装置。24斜巷、暗斜井、下山等掘进巷道，在掘进头20m处应装设挡车装置，该装置可以为手动或其它形式，并随掘进头的推进，相应移动其挡车装置。斜长超过50m时，上坡口变坡点下方20m处，增设挡车装置。3两种常见的机械联动式常闭挡车装置这一类没有设置独立的驱动机构，属于常闭式挡车装置，车挡的启闭，借用绞车提升钢丝绳的驰张力或与阻车器的开闭相联动。31绳压式常闭挡车装置图l所示的挡车装置，它是以绞车提升钢丝绳的驰张力为动力，带动车挡的启闭的。现有条件：斜巷长度为698m：斜巷倾角为150：斜巷端面为1072m2；允许跑车距离为下降且在产品可接受的变形范围内，气穴情况也明显现少且基本位于分型面上，可通过分型面排出，从图5可以看出熔接痕不在制品的受力部位，位于侧孔上且塑件较厚其熔接痕对塑件强度无多大影响。3结论通过应用Autodesk MoIdflow Insight2010软件对喷雾器喷头的浇口位置、填充、翘曲、气穴、熔接痕进行分析和工艺参数优化。为可靠、合理的模具产品生产提供重要依据。参考文献：【11李秉礼，吴罗罗，阴景润国产农用喷雾器喷头性能参数测定与分析21黄钢华张益华，鲁世红陈兆英MOIdflow翘曲分析在注塑模中的应用【3I林砺宗，邢东仕，郭毫强，林森，李昌取。王天戚基于Moldflow的汽车圈S优化后成型情况 安全气囊盖注塑成型分析IMI北京清华大学出版社如图5所示经过优化后填充不足的现象消失，翘曲变形也有所 【4】张艳会。刁虹超注塑成型中熔接痕控制的数值模拟研究万方数据喷雾器喷头工艺优化模拟作者： 敖永翠， 郭志忠， 姚志过， 张连瑞， Ao Yongcui， Guo Zhizhong， Yao Zhiguo，Zhang Lianrui作者单位： 敖永翠,郭志忠,姚志过,Ao Yongcui,Guo Zhizhong,Yao Zhiguo(海南大学机电工程学院,儋州,571737)， 张连瑞,Zhang Lianrui(山东省临沂市供电公司,临沂,276003)刊名： 价值工程英文刊名： VALUE ENGINEERING年，卷(期)： 2011,30(1)参考文献(8条)1.张艳会;刁虹超 注塑成型中熔接痕控制的数值模拟研究2.李秉礼.吴罗罗.阴景润 国产农用喷雾器喷头性能参数测定与分析3.林砺宗;邢东仕;郭喜强;林森,李昌取,王天戚 基于Moidflow的汽车安全气囊盖注塑成型分析4.黄钢华.张益华.鲁世红.陈兆英 MOldflow翘曲分析在注塑模中的应用5.黄钢华;张益华;鲁世红;陈兆英 MOldflow翘曲分析在注塑模中的应用6.林砺宗.邢东仕.郭喜强.林森.李昌取.王天戚 基于Moidflow的汽车安全气囊盖注塑成型分析7.李秉礼;吴罗罗;阴景润 国产农用喷雾器喷头性能参数测定与分析8.张艳会.刁虹超 注塑成型中熔接痕控制的数值模拟研究本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jzgc201101022.aspx第27卷(2005)第2期 柴油机DieselEngineV0127(2005)No2萋堡黼羞篓；柴油机喷嘴流动的CFD分析袁江涛，欧阳光耀，刘镇(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：建立了某型柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型，用计算流体力学软件ANSYSFLOTRAN对该喷嘴内部的三维流动进行了模拟分析，得到了喷嘴端部的速度矢量场、压力分布等大量信息。分析结果为研究燃油雾化、喷嘴的失效分析及其结构参数的优化设计提供了重要参考。关键词：柴油机；喷嘴；CFD中图分类号：TK4238 文献标识码：A 文章编号：10014357(2005)02002l03CFD Analysis of Flow In Nozzle of DieseI EngineYUAN Jiangtao，OUYANG Guangyao，LIU Zhen(Power Engineering College，Naval University of Engineering，Wuhan 430033)Abstract：Threedimension calculation model ofthe flows in the nozzle ofa certain diesel engine was set upSimulationanalysis offluid flow in the nozzle was performed by computational fluid dynamics SOttWale package ANSYS-FLOTRANA lot ofinformation，including velocity field，pressure distributions ofthe nozzle was obtained，which is very useful for theresearch on fuel oil atomization，failure analysis ofnozzle and optimum design ofits structure parametersKeywords：diesel engine；nozzle；CFD1 引言喷油器喷嘴作为柴油机燃油喷射系统的终端，对燃油雾化的质量、油束与燃烧室的配合、喷油持续期的长短有决定性影响，直接影响着缸内的燃烧效果。而喷嘴的端部结构(孔径、孔长、孔数、压力室大小等)在很大程度上影响了现代柴油机的经济性能和环保性能，因此有必要对喷嘴内部的三维流动进行研究。但由于喷嘴零件很小，受力复杂，其内部的流动分析涉及到流一固耦合问题，难以通过传统的物理模拟实验进行可视化研究。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是目前用于解决三维流动问题的有效手段【】，以往需要通过大量试验得到的流动信息可以很方便地通过CFD模拟获得。本文利用ANSYSFLOTRAN软件对某柴油机喷嘴内的三维流动进行了模拟分析，得出了该喷嘴端部的速度矢量场、压力分布等大量信息，对了解喷嘴内部三维流动的详细情况以及如何进行喷嘴结构参数的优化设计具有重要参考价值。2计算区域CAD模型的建立喷油器喷油时，燃油在喷嘴内部的流动路径为：来自高压油管的高压燃油经盛油槽、针阀与阀体的间隙流入阀座处，再到喷嘴端部的压力室，最后从5个喷孔按一定角度高速喷入燃烧室。据参考文献2，在针阀最大升程时对喷嘴喷孔处的流动进行定常流分析即可获得该处燃油足够精确的流动特性，同时考虑到燃油在喷嘴阀座入口上游的流速非常小，且方向一致，故取针阀最大升程时喷嘴端部的流动区域为计算区域。考虑到喷嘴的周期对称性，从阀座入口上游到喷孔出口取喷嘴结构的15建立模型进行分析。喷嘴的主要结构参数为：喷孔直径d一053mm，喷孔长度，=155mm，喷孔倾角口=76。，针阀最大升程h=045ram。为保证计算结果正确可靠，对喷嘴端部的结构形式没有做任何简化。利用PTC公司的参数化造型工具软件ProEngineer建立的三维实体模型如图1所示。图l计算区域CAD模型收修改稿日期：20041026作者简介：袁江涛(1980)，男，硕士研究生，主要从事热力机械的结构分析及设计方法的研究。 万方数据22 柴油机 第27卷第2期3 CFD计算网格的划分计算网格的类型和大小都会直接影响到CFD模拟结果的精度和稳定性。将ProEngineer产生的IGES文件导入到ANSYS-FLOTRAN中。选择FLOTRAN模块中的三维FLUID 142单元。这种单元是四节点四面体或八节点六面体，具有多种自由度：速度、压力、温度、湍流动能、湍流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额。FLUID单元还具有很多导出结果，如：流场分析中的马赫数、压力系数、总压、剪应力、壁面处的Yplus以及流线函数、热分析中的热流、热交换(膜)系数等。考虑到喷嘴流动区域几何形状的复杂性，用六面体网格划分比较困难，故在此采用四面体网格单元。此单元是由8节点的六面体网格演化而来，M、N、O、P四点和K、L两点分别融合为一点，如图2所示。这种单元较之六面体单元具有更强的适应性。设置合适的单元尺寸，且关键位置处的网格数不少于3个，以保证计算结果的精度。最后的CFD计算模型的网格划分如图3所示，共有单元20 455个，节点4702个。图2 FLUIDl42单元的演化图3计算模型网格图4算法及边界条件将喷嘴内部的燃油看作理想液体，因在流动过程中液体温度、压力变化不大，所以近似地把燃油性质看作常数。根据柴油机实际工作环境，确定喷嘴内燃油密度为850kgm3，黏度为425 X 103paS。由于燃油流动时其本身产生的热量极其有限，而流动问题与热问题的耦合分析将使计算速度大幅降低，故在模拟时不考虑喷嘴内壁与喷嘴内燃油之间的热传递。以柴油机为推进主机的舰船速度不是很高，马赫数远低于1，故将喷嘴内的燃油看作是不可压缩流体。根据已知条件，计算得雷诺数Re1000，故喷嘴内部流动为湍流【3】，CFD分析时应激活湍流模型。通常，标准的kF模型是分析湍流的首选模型，但柴油机喷嘴端部燃油流速高，流动有明显的法向应变，标准k-F模型过高估计了湍流流量，从而过高估计了所得到的动能，而RNG湍流模型则能弥补这一不足【。】，故模拟时采用RNG湍流模型。燃油的进口压力取为喷油压力P=81MPa；出口压力取为压缩冲程上止点时的缸内压力P=3MPa。5 CFD模拟及结果分析分析中，用VX、VY、VZ、PRES(压力)、ENKE(湍流动能)、ENDS(湍流动能耗散率)等6项参数对计算的收敛情况进行监控。收敛监测量B可由下式表示：防一lB=旦1广一Mi=1式中：多任一自由度。计算终止标准如表1所示。计算迭代子步设置为100，计算过程中各项参数的收敛情况如图4所示。可以看出各项的震荡都不很明显，在50步左右已基本完全收敛。表1计算终止标准(国际单位)速度项 压力项 湍流动能项 湍流动能耗散率vX、vY、vz 0PR ES、 (ENKE) (FN口S)0Ol le一002 00l O01Time=0k 、 ENDs EN雠 PRBvx vz vYf | | | l |N 涡 科刍 ， ， ， r， ，譬 | 一i Z IJf!I _-“、 薯 -、一 嚼0 1 O ：0 30 d 0引 ) 60 70 E O 90迭代步数图4收敛监测图00针阀在最大升程时喷孔及其附近区域的速度矢量分布如图5所示，从阀座到喷孔出口，燃油流动速度迅速增大，且在喷孔出口中心处流速最大。喷孔出口沿喷孔径向的具体速度分布如图6所示，由于燃油的黏性和喷孔边缘的摩擦，孔道内流动速度的大小是不等的：燃油流动时紧贴孔壁，由于燃油的粘性作用，喷孔边缘处，速度较小，为264472ms；随着距孔壁的距离增大，燃油速度在喷孔中心处达最大，约270238rns，此时的雷诺数已远远超过湍流临界值1100，喷孔出口处燃油流已是湍流状态。今日0Kp叭他们一一一一咖嚣鹭擗掣万方数据袁江涛等：柴油机喷嘴流动的CFD分析喷孔出口处燃油的喷出速度很高，同缸内气体形成较大的相对运动，可以实现良好的雾化与混合。图7所示为针阀在最大升程时喷嘴端部流动区域的液压分布云图。从阀座到喷孔，燃油压力逐渐减小，阀座处的压力最大，为2770MPa，喷孔处的压力接近压缩冲程上止点时的缸内压力，为286MPa，这一结果与实际情况相符。图5喷嘴端部速度矢量图7 、f A 、 、 f l， l0 106 212 310 424 50(104)052 159 265 37l 477出口区域，m图6出口径向速度分布图图7液压分布云图应用CFD技术模拟喷嘴内的三维流动，不仅可以获得原有喷嘴的大量而准确的流场信息，而且可以方便地研究喷嘴结构参数的变化对喷嘴工作性能的影响，便于指导喷嘴结构参数的优化设计，如燃油喷射角度、压力室容积、喷孔入口处圆角半径尺等对喷嘴工作性能有重要影响的参数。这里分析了喷孔入口处圆角半径R对喷嘴喷孔流通能力的影响，结果如图8所示。可见，在喷孔入口处倒圆角，可改善入口处燃油的流动，增加燃油流量，但当尺足够大时，其对喷孔处流动的改善作用就不再明显了。籁1滔皿|遮圆角半径冠mm图8圆角半径对喷孔流通能力的影响6结论a对柴油机喷嘴端部的三维流动进行CFD分析，只需很短时问即可获得大量准确的流场信息，可以较为方便且深入地了解喷嘴结构参数对流动特性的影响，对喷嘴结构的优化设计有指导意义；bCFD作为一种先进的计算工具，可以很好地了解用传统测试和物理实验都很难研究的复杂的流动现象，有助于提高设计质量和效率，降低开发费用；C在考虑温度、机械载荷等综合影响因素的基础上对柴油机喷嘴进行瞬态CFD模拟，所得结果会更具实用价值。参考文献1】Moekel Mark DComputional Fluid Dynamic(CFD)Analysis of Six Cylinder Diesel Engine Cooling System with Experimental CorrelationsCSAE Paper 941081，19942】大石行纪，渡边庆人计算流体力学(CFD)在产品研究和开发中的应用J】油泵油嘴技术，1995，(4)：20243】张也影流体力学M】北京：高等教育出版社，19874】Reitz R D，Rutland C JDevelopment and testing of dieselengine CFD modelsJProgress in Energy and CombustionScience，v 21n 21995，173196(上接第3页)油机步入了全电子控制时代。舰船柴油机今后也将向这方面发展，在目前已实施电子管理技术的基础上，进一步在中、高速大功率柴油机上应用全电子控制技术，使智能型柴油机在舰船动力装置中得到推广应用。预计，2015年后智能化技术将在舰船柴油机上开发成功和实际应用。(4)提高柴油机可靠性和战术性能。舰船柴油机动力装置的可靠性和战术性能对舰船动力装置至关重要。有必要进一步提高整机的可靠性，延长平均无故障时间、吊缸检修期和大修期，进一步改善全工况性能和油耗，提高舰船柴油机的起动性能、加速性和降低振动、噪声、排烟等战术性能。这也是舰船柴油机今后技术发展的一个重点。而柴油机部件及系统模块化设计，柴油机相继增压技术的应用，柴油机全电子控制技术、隐身技术和低排放技术的进一步发展使这些问题能得到解决。858l47OO692O6Ol05OO24726059372604099877665547666666666622222222222一s日魁期万方数据柴油机喷嘴流动的CFD分析作者： 袁江涛， 欧阳光耀， 刘镇， YUAN Jiangtao， OUYANG Guangyao， LIU Zhen作者单位： 海军工程大学动力工程学院,湖北,武汉,430033刊名： 柴油机英文刊名： DIESEL ENGINE年，卷(期)： 2005,27(2)被引用次数： 4次参考文献(4条)1.Reitz R D;Rutland C J Development and testing of diesel engine CFD models2.张也影 流体力学 19873.大石行纪;渡边庆人 计算流体力学(CFD)在产品研究和开发中的应用 1995(04)4.Moekel Mark D Computional Fluid Dynamic(CFD) Analysis of Six Cylinder Diesel Engine Cooling Systemwith Experimental Correlations 1994引证文献(5条)1.姜鹏.韩振南 柴油机喷油嘴的结构改进及三维流场数值模拟期刊论文-内燃机与配件 2011(1)2.曾东建.黄海波.贾友昌 柴油机喷嘴内流场的数值模拟分析期刊论文-西华大学学报（自然科学版） 2008(4)3.李霞明.周华.刘庆.罗新浩.何志霞.王谦 喷油器内部瞬态流动三维数值模拟研究期刊论文-拖拉机与农用运输车 2007(5)4.袁江涛.欧阳光耀.杨立.刘镇 柴油机喷油嘴三维有限元热分析期刊论文-车用发动机 2006(1)5.姜鹏.韩振南 柴油机喷油嘴的结构改进及三维流场数值模拟期刊论文-内燃机与配件 2011(1)本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cyj200502007.aspx分 类 号 密 级 宁XXXXX毕 业 设 计 (论 文 )基于 ANSYS 的喷雾器喷嘴流场仿真研究所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于 ANSYS 的喷雾器喷嘴流场仿真研究均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）：朱晓峰 年 月 日I摘 要本文采用 ANSYS 的 CFD 分析模块对喷雾器喷嘴流场仿真研究，通过建立喷雾器喷嘴内流体流动的计算模型, 分析了计算流体力学方法( CFD) 在模拟喷嘴流场方面的应用。比较了不同喷嘴结构形式下流体的流动特征, 研究喷嘴突出长度、入口速度以及输入管内径对喷嘴雾化质量的影响。结果表明这些参数相互配合, 存在最优值, 为喷嘴结构优化设计提供信息及依据, 对实际生产也具有指导意义。 关键词：喷雾器，流体力学，有限元分析，雾化AbstractThis paper uses the ANSYS CFD analysis module of the sprayer nozzle flow field simulation research, through the establishment of the sprayer nozzle flow calculation model, analysis of the computational fluid dynamics (CFD ) method in simulation of nozzle flow applications. Comparison of different form of nozzle structure for fluid flow characteristics, study of the nozzle protrusion length, entrance velocity and input tube diameter of nozzle atomization quality influence. The results show that these parameters are matched with each other, there exists an optimal value for the nozzle structure optimization design, provide information and basis, also has guiding significance for practical production.Key Words: Sprayer, fluid mechanics, finite element analysis, atomizationIII目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 绪论.41.1.选题来源及基本意义 .41.2.有限元国内外研究的现状 .41.3 有限元分析的发展趋势 .51.3.1 与 CAD 软件的无缝集成 .51.3.2 更为强大的网格处理能力 .61.3.3 由求解线性问题发展到求解非线性问题 .61.3.4 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 .71.3.5 程序面向用户的开放性 .7第 2 章 课题任务及要求.8第 3 章 对喷雾器的模型的 3D 建模设计 .8第 3 章 对喷雾器的模型的 ANSYS 分析 .33宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论1.1.选题来源及基本意义有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。1.2.有限元国内外研究的现状“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和 算法都已经日趋完善。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分 析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途 径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶， 铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：宁波大红鹰学院毕业设计（论文）5（1）增加产品和工程的可靠性； （2）在产品的设计阶段发现潜在的问题；（3）经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本；（4）缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费。国际上早在 60 年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序，但真正的 CAE 软件是诞生于 70 年代初期，而近 15 年则是 CAE 软件商品化的发展阶 段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进 行了大幅度的改进与扩充。这就使得目前市场上知名的 CAE 软件，在功能、性能、易用性、可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求， 从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。目前流行的 CAE 分析软件主要有 NASTRAN、 ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS 等。MSC-NASTRAN 软件因为和 NASA 的特殊关系，在航空航天领域有着很高 的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了 PDA 公司的 PATRAN，又在以冲击、接触为特长的DYNA3D 的基础上 组织开发了 DYTRAN。近来又兼并了非线性分析软件 MARC,成为目前世界上规模最大的有限元分析系统。ANSYS 软件致力于耦合场的分析计算，能够进 行结构、流体、热、电磁四种场的计算，已博得了世界上数千家用户的钟爱。ADINA 非线性有限元分析软件由著名的有限元专家、麻省理工学院的 K.J.Bathe 教授领导开发，其单一系统即可进行结构、流体、热的耦合计算。并同时具有隐式和显式两种时间积分算法。由于其在非线性求解、流固耦合分 析等方面的强大功能，迅速成为有限元分析软件的后起之秀，现已成为非线性分析计算的首选软件。1.3 有限元分析的发展趋势纵观当今国际上 CAE 软件的发展情况，可以看出有限元的分析方法的一些发展趋势：1.3.1 与 CAD 软件的无缝集成 当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用 CAD 软件的集成使用，即在用 CAD 软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到 CAE 软件中进行有限 元网格划宁波大红鹰学院毕业设计（论文）分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的 CAD 软件（例如Unigraphics、 SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley 和 AutoCAD 等）的接口。有些 CAE 软件为了实现和 CAD 软件的无缝集成而采 用了 CAD 的建模技术，如 ADINA 软件由于采用了基于 Parasolid 内核的实体建模技术，能和以 Parasolid 为核心的 CAD 软件（如 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。1.3.2 更为强大的网格处理能力 有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的 正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实 体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。自动六面体网格划分 是指对三维实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射、拖拉、扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适 用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果 使用中间节点将会引起求解时间、收敛速度等方面的一系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据 有限元计算结果估计计算误差、重新划分网格和再计算的一个循环过程。对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单 元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要 条件。 1.3.3 由求解线性问题发展到求解非线性问题 随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求 解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非宁波大红鹰学院毕业设计（论文）7线性）；而对塑料、橡胶、陶瓷、混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材 料的塑性、蠕变效应时则必须考虑材料非线性。众所周知，非线性问题的求解是很复杂的，它不仅涉及到很多专门的数学问题，还必须掌握一定的理论知识和求解技 巧，学习起来也较为困难。为此国外一些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解分析软件，如ADINA、ABAQUS 等。它们的共同特点是具有高效的非 线性求解器、丰富而实用的非线性材料库，ADINA 还同时具有隐式和显式两种时间积分方法。 1.3.4 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解 对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场 问题的求解。例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题,需要结构场和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即热力耦合的 问题。当流体在弯管中流动时，流体压力会使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解， 即所谓流固耦合的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为 CAE 软件的发展方向。 1.3.5 程序面向用户的开放性 随着商业化的提高，各软件开发商为了扩大自己的市场份额，满足用户的需求，在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资，但由于用户的要求千差万别，不管 他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定 义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等等。 关注有限元的理论发展，采用最先进的算法技术，扩充软件的能，提高软件性能以满足用户不断增长的需求，是 CAE 软件开发商的主攻目标，也是其产品持续占有市场，求得生存和发展的根本之道。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 2 章 课题任务及要求喷雾器喷雾的原理是通过压力将气流和液流通过一较小的喷嘴喷出的，从而形成较小的雾滴，常用喷雾器有电动喷雾器、手动喷雾器和超声波喷雾器，不同类型的喷雾器产生的粒子大小不一致。喷嘴是喷雾装置的重要组件，它的好坏直接影响喷雾装置工作的性能。1、利用软件进行绘制喷雾器喷嘴的二维、三维零件图；2、对喷雾器喷嘴的零件进行进一步的分析、计算；3、喷雾器喷嘴设计；4、拟定喷雾器喷嘴总体设计的初步方案；5、方案的讨论与论证；6、完成对应喷雾器喷嘴总图设计，包含零件序号及零件明细表等；7、完成喷雾器喷嘴指定零件的造型设计，按制图标准标注尺寸、公差、形位公差及表面粗糙度等；8、对喷雾器喷嘴零件的润滑、流场等设计进行分析；9、选择一至二个喷雾器喷嘴内部零件进行制造工艺设计，撰写标准制造工艺卡；10、整理、完善文献并撰写一篇反映课题内容的文献综述；11、论文汇编的所有资料的格式进行标准化处理。通过对喷嘴结构的分析，确定研究对象为喷嘴、阀杆与阀针组成的流体有效通径。利用流体分析软件 ANSYS 提供的计算分析与网络划分功能，对喷雾器喷嘴喷雾过程进行分析。第 3 章 对喷雾器的模型的 3D 建模设计宁波大红鹰学院毕业设计（论文）9选用的软件是 PROE 野火版 3.01.33 垫片模型宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）11阀杆宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）13宁波大红鹰学院毕业设计（论文）弹簧宁波大红鹰学院毕业设计（论文）155mm 玻璃球宁波大红鹰学院毕业设计（论文）吸管宁波大红鹰学院毕业设计（论文）17宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）19盖宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）21活塞宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）23宁波大红鹰学院毕业设计（论文）喷雾头宁波大红鹰学院毕业设计（论文）25模型处理为了 ANSYS 简化模型的需要，拟定将装配模型进行简化处理，具体就是把装配模型作为一个零件建模，忽略次要特征，重点把握主要特征方面，然后转化为*.iges 格式.具体操作步骤：1、建立旋转特征草绘模式，绘制草图如下：2、旋转生成实体宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）27宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）29宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）31宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）33宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 3 章 对喷雾器的模型的 ANSYS 分析分析思路 导入模型定义参数加载求解后处理分析喷雾器(喷射器)是近几十年来喷射流体力学原理应用研究最具代表性的产品之一，其应用覆盖着工农业生产的各个方面，例如工业高温化学反应炉用的各种喷雾式燃烧器、降温保护喷雾器、除尘喷雾器、干燥喷雾器、高速粒子切割喷射器、高速喷涂器、清洗及灭火喷射器以及农业中应用的各种农药喷雾装置等等，由于其应用的目的不同，操作过程的差异，使其结构存在着较大的差别，但均基于流体喷射原理对于建材行业，也有多方面的应用。例如为提高系统的收尘效率而设计的增湿塔喷雾器为保护水泥产品质量而设计的水泥磨内喷雾器为在突发事故中保护高温设备的安全运行而设计的各种喷雾器(篦冷机内的喷雾器、高温设备保护喷雾器等)和为提高燃烧效率所设计的各种燃烧器等等。由于设备的应用目的不同，因此在设计中，也有所侧重。喷雾器是近几十年来喷射流体力学原理应用研究最活跃的领域之一, 其技术产品的应用, 覆盖着工、农业生产的各个方面。由于其应用的目的不同, 操作过程的差异, 使其结构存在着较大的差别, 但均基于流体喷射原理和过程开发设计的高技术产品。家用喷雾器可喷洒各种杀虫剂、香水、除臭剂等水剂, 油剂液体, 供家庭、宾馆及小型公共场所消灭蚊蝇、环境消毒、调节湿度、花卉喷淋灭虫、食用菌喷湿、熨烫衣服喷水时使用其结构形式有很多, 如手扣式喷雾器、手揿式喷雾器、电动喷雾器等 1。家用喷雾器一般由圆弧鸭嘴、阀杆、阀针、泵体、活塞、弹簧以及吸管组成, 其工作原理如图 1 所示。当操者上下揿动喷嘴时, 使阀杆在泵体内往上下往复运动。当阀杆上行时, 活塞向上运动, 喷嘴下方由阀针和泵体所组成的空腔容积不断增大, 形成局部真空。这时塑料瓶内的液体在液面和泵体内的压力差作用下冲开进水阀( 弹珠) , 沿着进口吸管路进入泵体, 完成吸水过程。当阀杆下行时, 阀针向下运动, 泵体内的流体被挤压, 使流体压力骤然增高。在这个压力的作用下, 进水阀被关闭, 出水阀( 玻璃球) 被压开, 液体通过阀杆进入喷头被雾化喷出。喷嘴是影响喷雾器喷雾性能的关键部件之一。喷嘴设计和制造的好坏将直接决定是否能获得理想的雾化质量。国内外学者已经对气泡雾化的机理, 气泡雾化喷嘴的流量特性, 流型及流场特性, 雾化特性等进行了广泛的研究工作, 并得到以下的结论: 喷射器结构与工作性能之间存在着密切关系, 在喷射器的结构设计中,喷嘴突出长度、输出管内径和吸管内径, 雾化压力以及流体入口速度是影响喷嘴雾化质量的重要参数 2。试验研究结果表明其存在着最优值, 但是通过试验来进行研究耗费比较大, 并且不能直接地观察到影响因素的作用过程 3 。喷嘴内液体的流动过程比较复杂, 其流动状态决定了喷嘴的喷雾性能。目前, 有关喷嘴内流体喷雾过程的许多理论与技术问题尚未得到很好的解决。CFD 技术的进步使得人们可以微观地研究喷雾内部的流体流动、混合的基本过程, 各种 CFD 软件如FLUENT ,CFX, ANSYS 和 ABAQUS 等也逐渐成熟并得到广泛应用, 其精度足以满足工程研究的需要 4。因此, 为了进一步了解喷雾器的雾化机理和特性, 本文利用喷雾模型与计算流体力学分析方法对喷雾器喷嘴流场进行模拟研究, 研究喷雾器喷嘴内部流宁波大红鹰学院毕业设计（论文）35体速度分布随时间的变化, 找出影响喷雾特性的结构参数, 为喷嘴结构优化设计提供信息及依据, 以便指导生产实践。启动 ANSYS建立工作目录导入*.iges 模型宁波大红鹰学院毕业设计（论文）宁波大红鹰学院毕业设计（论文）37第 2 步：设置分析选择1 进入 Main MenuPreference2 点取 FLOTRAN CFD 项宁波大红鹰学院毕业设计（论文）3 点取 OKFLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS 程序中的 FLOTRAN CFD 分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用 ANSYS 中用于 FLOTRAN CFD 分析的 FLUID 141 和 FLUID142 单元，可解决如下问题： 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力 超音速喷管中的流场宁波大红鹰学院毕业设计（论文）39 弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN 还具有如下功能： 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布 研究管路系统中热的层化及分离 使用混合流研究来估计热冲击的可能性 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能 对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN 可执行如下分析： 层流或紊流 传热或绝热 可压缩或不可压缩 牛顿流或非牛顿流 多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。FLOTRAN 分析基础OTRAN 单元的特点ANSYS 中的 FLOTRAN 单元，即 FLUID141 和 FLUID142，用于解算单相粘性流体的二维和三维流动、压力和温度分布。对于这些单元，ANSYS 通过质量、动量和能量三个守恒性质来计算流体的速度分量、压力、以及温度。FLUID141 单元FLUID141 单元具有下列特征：维数：二维形状：四节点四边形或三节点三角形自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额FLUID142 单元FLUID142 单元具有下列特征：维数：三维形状：四节点四面体或八节点六面体自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额FLUID141 单元 FLUID142 单元根据叙述，在这里选择 FLUID142 单元3 点取 OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 3 步：定义单元类型1 进入 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2 点取 Add3 在弹出菜单的左框中点取 FLOTRAN CFD，右框中点取 3D FLOTRAN 1424 点取 OK5 点取 CloseFLOTRAN 分析的主要步骤一个典型的 FLOTRAN 分析有如下七个主要步骤：1. 确定问题的区域。2. 确定流体的状态。3. 生成有限元网格。4. 施加边界条件。5. 设置 FLOTRAN 分析参数。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）416. 求解。7. 检查结果。第一步：确定问题的区域用户必须确定所分析问题的明确的范围，将问题的边界设置在条件已知的地方，如果并不知道精确的边界条件而必须作假定时，就不要将分析的边界设在靠近感兴趣区域的地方，也不要将边界设在求解变量变化梯度大的地方。有时，也许用户并不知道自己的问题中哪个地方梯度变化最大，这就要先作一个试探性的分析，然后再根据结果来修改分析区域。这些在后面章节中都有详述。第二步：确定流体的状态用户在此需要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、几何边界以及流场的速度幅值的函数。FLOTRAN 能求解的流体包括气流和液流，其性质可随温度而发生显著变化，FLOTRAN 中的气流只能是理想气体。用户须自己确定温度对流体的密度、粘性、和热传导系数的影响是否是很重要，在大多数情况下，近似认为流体性质是常数，即不随温度而变化，都可以得到足够精确的解。通常用雷诺数来判别流体是层流或紊流，雷诺数反映了惯性力和粘性力的相对强度，详见第四章。通常用马赫数来判别流体是否可压缩，详见第七章。流场中任意一点的马赫数是该点流体速度与该点音速之比值，当马赫数大于 0.3 时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于 0.7 时，可压缩算法与不可压缩算法之间就会有极其明显的差异。第三步： 生成有限元网格用户必须事先确定流场中哪个地方流体的梯度变化较大，在这些地方，网格必须作适当的调整。例如：如果用了紊流模型，靠近壁面的区域的网格密度必须比层流模型密得多，如果太粗，该网格就不能在求解中捕捉到由于巨大的变化梯度对流动造成的显著影响，相反，那些长边与低梯度方向一致的单元可以有很大的长宽比。为了得到精确的结果，应使用映射网格划分，因其能在边界上更好地保持恒定的网格特性，映射网格划分可由命令 MSHKEY,1 或其相应的菜单 Main MenuPreprocessor -Meshing-Mesh-entity-Mapped 来实现。第四步：施加边界条件可在划分网格之前或之后对模型施加边界条件，此时要将模型所有的边界条件都考虑进去，如果与某个相关变量的条件没有加上去，则该变量沿边界的法向值的梯度将被假定为零。求解中，可在重启动之间改变边界条件的值，如果需改变边界条件的值或不小心忽略了某边界条件，可无须作重启动，除非该改变引起了分析的不稳定。第五步：设置 FLOTRAN 分析参数为了使用诸如紊流模型或求解温度方程等选项，用户必须激活它们。诸如流体性质等特定项目的设置，是与所求解的流体问题的类型相关的，该手册的其他部分详细描述了各种流体类型的所建议的参数设置。第六步：求解通过在观察求解过程中相关变量的改变率，可以监视求解的收敛性及稳定性。这些变量包括速度、压力、温度、动能 (ENKE 自由度) 和动能耗散率 (ENDS 自由度) 等紊流量以及有效粘性（EVIS）。一个分析通常需要多次重启动。第七步：检查结果宁波大红鹰学院毕业设计（论文）可对输出结果进行后处理，也可在打印输出文件里对结果进行检查，此时用户应使用自己的工程经验来估计所用的求解手段、所定义的流体性质、以及所加的边界条件的可信程度。划分单元网格1 进入 Main MenuPreprocessor-Meshing-MeshAreasFree2 在点取菜单中点取 Pick All。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）43第 8 步：施加边界条件在模型的进口处加 X 方向速度为2、其它方向速度为零的进口速度条件；在所有壁面处加两个方向速度都为零的速度条件，在出口处加零压力边界条件1 进入Utility MenuPlotNodes宁波大红鹰学院毕业设计（论文）2 进入Utility MenuSelectEntities3 在弹出菜单中选择“Nodes”和“By Num/Pick” ，并点取OK4 在弹出的选择菜单中选择“Box”宁波大红鹰学院毕业设计（论文）455 按住鼠标左键，在模型左侧进口边的所有节点周围拉出一个方框6 点取OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）7 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-VelocityOn Nodes8 点取Pick All9 在弹出菜单的VX 域输入2，VY 域输入0宁波大红鹰学院毕业设计（论文）4710 点取OK11 进入Utility MenuPlotLines宁波大红鹰学院毕业设计（论文）12 进入Utility MenuSelectEntities13 在弹出菜单中选择“Lines”和“By Num/Pick”，之后点取OK14 在图形窗口中点取表示体，之后点取选择菜单中的OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）4915 在工具栏菜单中点取NSL 按钮，以选取上面全部节点16 进入Utility MenuPlotvolumes17 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-VelocityOn Nodes18 点取Pick All19 在弹出菜单的VX 域和VY 域都输入0宁波大红鹰学院毕业设计（论文）20 点取OK21 进入Utility MenuSelectEverything ，然后再进入 Utility MenuPlotNodes22 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-Pressure DOFOn Nodes23 在弹出的选择菜单中选择“Box”，按住鼠标左键，在模型右侧出口边的所有节点周围拉出一个方框24 在弹出菜单中将压力值设为零宁波大红鹰学院毕业设计（论文）5125 点取OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）26 进入Utility MenuSelectEverything27 在工具栏中点取 SAVE-DB第 9 步：求解层流该步首先建立流体性质，然后设置执行控制，并开始求解1 进入Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpFluid Properties2 将弹出菜单的“Density”域设为“Constant”，点取OK3 将恒值密度设为 1.0，恒值粘性设为 0.01宁波大红鹰学院毕业设计（论文）534 点取OK5 进入 Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpExecution Control6 在弹出菜单的“Global iterations”域输入 207 点取OK8 进入 Main MenuSolutionRun FLOTRAN，开始进行求解宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 10 步：观察层流分析的结果1 进入Main MenuGeneral Postproc-Read Results-Last Set2 进入Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsVector PlotPredifined3 在弹出菜单中选择“DOF solution”和“Velocity V”4 点取OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）555 进入Utility MenuPlotCtrlsDevice Options6 将向量模式(vector mode (wire frame)设为“ON”，之后点取OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）7 进入Utility MenuPlotCtrlsStyleEdge Options8 在弹出菜单的“Edge tolerance angle”域输入19 将“Element Outline for non-contour/contour plots ”域设为“Edge Only/All”10 将“Replot upon OK/Apply”域设为“Replot”11 点取 OK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）57参考文献1机械设计实用手册 ，机床设计手册编写组主编，北京：机械工业出版社，2000.52ANSYS 结构有限元高级分析方法与范例应用(第 2 版) ，尚晓江 邱峰等，中国水利水电出版社，20033ANSYS 工程结构数值分析 ，王新敏，人民交通出版社，20024机械专业毕业设计宝典 ，孙波主编，西安电子科技大学出版社，20055ANSYS 高级工程应用实例分析与二次开发(附光盘 ) ，阚前华 谭长建等，电子工业出版社，20007顾晓勤.工程力学 M. 北京：机械工业出版社,20088卢秉恒.机械制造技术基础M 北京：机械工业出版社,20089侯凌云，侯晓春 喷嘴技术手册M 北京：中国石化出版社，200210邓凡平 ANSYS10.0 有限元分析手册M 北京：人民邮电出版社，2007宁波大红鹰学院毕业设计（论文）11现代工程分析技术 第三届中国 CAE 工程分析技术年会C 大连：中国机械工程学会，200712张博、沈胜强、李海军 二维流动模型用于喷射器关键结构设计分析J 大连理工学报，200413刘耀林，张舜德，李华 喷雾器喷嘴流场仿真研究J 轻工机械，2008 年第二期14刘耀林，贾涛，任丽华 数值模拟技术在喷嘴雾化中的应用J 现代机械，2008 年第四期