Fluent中的蒸发/冷凝模型实例

[本例改编自fluent官方教程]

FLUENT中带有蒸发/冷凝模型,可以用于蒸发与冷凝模拟。本例用一个简单的例子来简要描述该模型的使用方法。

1 模型描述

本例的模型较为简单,如图1所示。计算域高1m,宽0.2m。顶部边界为压力出口,底部有一高温壁面hotwall,温度570K,其他壁面wall为绝热边界。计算域内初始充满0.9m深的水。划分网格如图2所示。

图1 计算域描述 图2 网格模型

2 导入网格

打开fluent,导入上步生成的网格模型。Scale检查网格尺寸。如图3所示。

图3 scale计算域

确保计算域尺寸是我们所需要的。本例中x方向尺寸0~0.2m,y方向0~1m。

3 设置求解器

选择压力基(pressure-based)求解器,同时选择瞬态模拟。

由于水沸腾时水蒸气会在浮力作用下向出口运动,因此考虑重力。设置重力加速度为重力加速度为y方向,大小-9.81m/s2。如图4所示设置。

图4 设置求解器

4 设置计算模型

添加多相流模型为mixture模型,勾选slip velocity及implicit body force,设置欧拉相数量为2。如图5所示。

图5 多相流模型选择 图6 能量方程

激活能量方程。如图6所示。

此例为层流流动,不激活湍流模型。

5 材料设置

添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料属性。

Water-liquid属性:

Density:1000kg/m3

Viscosity:0.0009kg/m-s

Standard state enthalpy:0 j/kgmol

Reference temperature:298k

其他采用默认属性。

Water-vapor属性:

Cp:2014j/kg-k

Standard state enthalpy:2.99e7j/kgmol

Reference temperature:298.15k

其他属性采用默认设置。

6 相设置

设置液态水为主相,水蒸气为第二相。设置气泡直径0.0002m。如图7,图8所示。

图7 设置主相

图8 设置第二相

定义相间作用,即定义蒸发/冷凝模型。点击interaction按钮进入如图9所示对话框。选择from phase为liquid,选择to phase为vapor,即为由液态转化为气态,选择模型为evaproation-condensation。此时弹出模型定义对话框,如图10所示。这里采用默认设置即可。

图9 选择蒸发/冷凝模型

图10 设置蒸发模型

7 设置边界条件

本例的边界条件较为简单。

Outlet:采用压力出口,设置出口蒸气含量100%,温度372K

Walls:设置为绝热边界。设置heat flux为0

Hot wall:设置temperature为570K

设置operating conditions如图11所示。

图11 operation condition

设置参考密度为气相密度0.5542。

8 求解方法

设置pressure为body force weighted,其他momentum、volume fraction、energy全采用quick算法,有利于提高计算精度。

在solution controls面板中设置亚松弛因子。设置pressurewie为0.5,momentum为0.2,volume fration为0.2。

9 初始化

初始化时设置temperature为372K。

需要patch两个区域:

1、与hotwall相邻网格节点。由于hotwall温度高达570K,超出水的沸点373.15K,因此需要adapt出hotwall边界相邻节点区域,设置其温度为373.15K。

2、Patch出初始水位。由于初始状态下计算域中有深0.9m的水,因此需要通过patch将其标记出来。

【Adapt】>【boundary】,弹出如图12所示对话框,在boundary zones中选择hotwall,设置number of cells为1,点击mark即可对此区域节点进行标记,下一步进行温度patch。

图12 标记临壁面节点

点击patch…按钮,弹出图13所示对话框。

图13 温度patch

下一步patch水位。

点击菜单【Adapt】>【region…】进入区域标记对话框。进行如图14所示设置。

点击mark进行标记。

图14 区域标记

进入patch对话框,进行如图15所示设置。点击patch完成设置。

图15 水位patch

此时可以查看云图,以检查patch是否正确。

10 其他设置

OK,该定义的都定义完了,剩下的就是一些监测量、动画什么的设置,这些都很基础,这里不再赘述。

11 设置计算

设置时间步长0.01s,时间步数1000步,迭代计算。

图16 迭代计算

12 计算结果

略