许多学生需要研究的问题如蒸发冷凝。当温度低于当前蒸汽压力对应的饱和温度时,冷凝就会发生。蒸发可在任何温度下进行。Fluent具有蒸发冷凝模型,确切地说,Fluent相变模型更适合沸腾和冷凝,饱和温度是一个定值,当然可以通过UDF模拟蒸发问题,改变饱和温度。
本例简要描述了一个简单的例子Fluent蒸发冷凝模型的使用方法。
本例的模型较为简单,如图所示。计算域高1m,宽0.2m。顶部边界为压力出口,底部有高温壁hot_wall,温度570K,其他壁面wall绝缘边界。计算域最初充满0.9m深的水。
打开fluent,导入上一步生成的网格模型。Scale检查网格尺寸。
我们需要确保计算域的尺寸。在这种情况下,x方向尺寸0~0.2m,y方向0~1m。
选择压力基(pressure-based)求解器,同时选择瞬态模拟。考虑重力,因为当水沸腾时,水蒸气会在浮力作用下向出口移动。重力加速度设置为y方向,大小-9.81m/s2。
添加多相流模型为VOF设置欧拉相的模型为2。
激活能量方程。
本例为不激活湍流模型的层流流动。
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
其他属性采用默认属性。
Water-vapor属性:
Cp:2014j/kg-k
Standard state enthalpy:2.99e7j/kgmol
Reference temperature:298.15K
默认设置其他属性。
以液态水为主相,水蒸气为第二相。气泡直径0.0002m。
定义相间作用,即定义蒸发/冷凝模型。点击interaction按钮进入对话框。选择from phase为water,选择to phase为vapor,即从液体到气体,选择模型evaproation-condensation。弹出模型定义对话框。蒸发系数和冷凝系数设置为5,饱和温度设置为373.15K。
注:
本例的边界条件相对简单。
Outlet:出口蒸汽含量为100%,温度为372K
Walls:设置为绝缘边界。heat flux为0
Hot wall:设置temperature为570K
设置operating conditions,参考密度为0.5542。
设置pressure-Velocity耦合设置为PISO,volume fraction采用Geo-Reconstruct能准确捕捉气液界面的几何重构算法。VOF模型时,volume fraction可采用几何重构法。
在solution controls亚松弛因子设置在面板上。pressurewie为0.5,momentum为0.2,volume fration为0.2。
设置初始化temperature为372K。
需要patch两个区域:
1、与hotwall相邻hotwall温度高达570K,沸点373超过水.15K,因此需要adapt出hotwall温度为373.15K。
2、Patch初始水位。由于初始状态下计算域中的深0.9m水,所以需要通过patch标出来。【Adapt】>【boundary】,对话框弹出如图12所示boundary zones中选择hotwall,设置number of cells为1,点击mark这个区域节点可以标记,下一步是温度patch。
点击patch…弹出图所示对话框的按钮。
下一步patch水位。
点击菜单【Adapt】>【region…】进入区域标记对话框。设置如图14所示。
点击mark进行标记。
进入patch如图15所示设置对话框。patch完成设置。
此时可以查看云图进行检查patch是否正确。
设置每4个时间步显示一帧,将动画保存在内存中,无需设置保存图片的位置。显示蒸汽体积分数。
设置时间步长0.01s,时间步数1000步,迭代计算。
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