Fluent中的蒸發(fā)/冷凝模型實(shí)例

[本例改編自fluent官方教程]

FLUENT中帶有蒸發(fā)/冷凝模型,可以用于蒸發(fā)與冷凝模擬。本例用一個(gè)簡單的例子來簡要描述該模型的使用方法。

1 模型描述

本例的模型較為簡單,如圖1所示。計(jì)算域高1m,寬0.2m。頂部邊界為壓力出口,底部有一高溫壁面hotwall,溫度570K,其他壁面wall為絕熱邊界。計(jì)算域內(nèi)初始充滿0.9m深的水。劃分網(wǎng)格如圖2所示。

圖1 計(jì)算域描述 圖2 網(wǎng)格模型

2 導(dǎo)入網(wǎng)格

打開fluent,導(dǎo)入上步生成的網(wǎng)格模型。Scale檢查網(wǎng)格尺寸。如圖3所示。

圖3 scale計(jì)算域

確保計(jì)算域尺寸是我們所需要的。本例中x方向尺寸0~0.2m,y方向0~1m。

3 設(shè)置求解器

選擇壓力基(pressure-based)求解器,同時(shí)選擇瞬態(tài)模擬。

由于水沸騰時(shí)水蒸氣會(huì)在浮力作用下向出口運(yùn)動(dòng),因此考慮重力。設(shè)置重力加速度為重力加速度為y方向,大小-9.81m/s2。如圖4所示設(shè)置。

圖4 設(shè)置求解器

4 設(shè)置計(jì)算模型

添加多相流模型為mixture模型,勾選slip velocity及implicit body force,設(shè)置歐拉相數(shù)量為2。如圖5所示。

圖5 多相流模型選擇 圖6 能量方程

激活能量方程。如圖6所示。

此例為層流流動(dòng),不激活湍流模型。

5 材料設(shè)置

添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料屬性。

Water-liquid屬性:

Density:1000kg/m3

Viscosity:0.0009kg/m-s

Standard state enthalpy:0 j/kgmol

Reference temperature:298k

其他采用默認(rèn)屬性。

Water-vapor屬性:

Cp:2014j/kg-k

Standard state enthalpy:2.99e7j/kgmol

Reference temperature:298.15k

其他屬性采用默認(rèn)設(shè)置。

6 相設(shè)置

設(shè)置液態(tài)水為主相,水蒸氣為第二相。設(shè)置氣泡直徑0.0002m。如圖7,圖8所示。

圖7 設(shè)置主相

圖8 設(shè)置第二相

定義相間作用,即定義蒸發(fā)/冷凝模型。點(diǎn)擊interaction按鈕進(jìn)入如圖9所示對(duì)話框。選擇from phase為liquid,選擇to phase為vapor,即為由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),選擇模型為evaproation-condensation。此時(shí)彈出模型定義對(duì)話框,如圖10所示。這里采用默認(rèn)設(shè)置即可。

圖9 選擇蒸發(fā)/冷凝模型

圖10 設(shè)置蒸發(fā)模型

7 設(shè)置邊界條件

本例的邊界條件較為簡單。

Outlet:采用壓力出口,設(shè)置出口蒸氣含量100%,溫度372K

Walls:設(shè)置為絕熱邊界。設(shè)置heat flux為0

Hot wall:設(shè)置temperature為570K

設(shè)置operating conditions如圖11所示。

圖11 operation condition

設(shè)置參考密度為氣相密度0.5542。

8 求解方法

設(shè)置pressure為body force weighted,其他momentum、volume fraction、energy全采用quick算法,有利于提高計(jì)算精度。

在solution controls面板中設(shè)置亞松弛因子。設(shè)置pressurewie為0.5,momentum為0.2,volume fration為0.2。

9 初始化

初始化時(shí)設(shè)置temperature為372K。

需要patch兩個(gè)區(qū)域:

1、與hotwall相鄰網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。由于hotwall溫度高達(dá)570K,超出水的沸點(diǎn)373.15K,因此需要adapt出hotwall邊界相鄰節(jié)點(diǎn)區(qū)域,設(shè)置其溫度為373.15K。

2、Patch出初始水位。由于初始狀態(tài)下計(jì)算域中有深0.9m的水,因此需要通過patch將其標(biāo)記出來。

【Adapt】>【boundary】,彈出如圖12所示對(duì)話框,在boundary zones中選擇hotwall,設(shè)置number of cells為1,點(diǎn)擊mark即可對(duì)此區(qū)域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記,下一步進(jìn)行溫度patch。

圖12 標(biāo)記臨壁面節(jié)點(diǎn)

點(diǎn)擊patch…按鈕,彈出圖13所示對(duì)話框。

圖13 溫度patch

下一步patch水位。

點(diǎn)擊菜單【Adapt】>【region…】進(jìn)入?yún)^(qū)域標(biāo)記對(duì)話框。進(jìn)行如圖14所示設(shè)置。

點(diǎn)擊mark進(jìn)行標(biāo)記。

圖14 區(qū)域標(biāo)記

進(jìn)入patch對(duì)話框,進(jìn)行如圖15所示設(shè)置。點(diǎn)擊patch完成設(shè)置。

圖15 水位patch

此時(shí)可以查看云圖,以檢查patch是否正確。

10 其他設(shè)置

OK,該定義的都定義完了,剩下的就是一些監(jiān)測量、動(dòng)畫什么的設(shè)置,這些都很基礎(chǔ),這里不再贅述。

11 設(shè)置計(jì)算

設(shè)置時(shí)間步長0.01s,時(shí)間步數(shù)1000步,迭代計(jì)算。

圖16 迭代計(jì)算

12 計(jì)算結(jié)果

略