沸腾传热传质案例教程

本案例来源于Fluent教程,基于Mixture多相流模型及Evaporation-Condensation模型模拟沸腾中的传热传质问题。

物理模型

2D方形容器,底部为压力出口边界,底部为200℃恒温边界,四周为绝热边界,容器内水的温度为99℃。底部的水超过饱和温度100℃,发生相变产生气泡,在浮力作用下气泡上升



常规设置

  • Scale检查尺寸,Check检查网格,Display查看网格
  • 选择瞬态计算(Transient)

激活能量方程

  • 结构树中,Models< energy

多相流设置

  • 结构树中,Models< Multiphase,选中Mixture,设置相数,点击Apply
  • 激活Implicit Body Force

材料设置

添加液相和气相

  • 在结构树中,Material< Fluid,右键New,增加新材料
  • 如下图所示,设置Water-liquid与Water-vapor



相设置

  • 给Mixture模型指定相,Medels< Multiphase< Phases
  • Primary Phase为Water-Liquid,Secondary Phase为Water-Vapor
  • Secondary Phase中设置气泡直径0.0002m
  • 在这个操作框中,切换到Phase Interaction,设置相间作用力(不同版本有差异,找到Phase Interaction即可),按照下列红色方框依次设置
  • 选择完蒸发冷凝模型后,会弹出模型参数设置,保持默认即可

边界设置

  • 出口边界设置
    • 结构树中,在Boundary Conditions中找到出口边界(Outlet)设置为pressure-outlet
    • 设置Backflow Total Temperature为372 K
    • 双击出口边界下方的water-vapor,切换到Multiphase,设置Backflow Volume Fraction为0
  • 加热边界设置
    • 结构构树中,在Boundary Conditions中找到加热边界(Inlet),双击 -切换到Thermal标签,设置Thermal Conditons为Temperature,设置Temperature为573 K
  • 操作条件设置
    • 导航栏中,Physics< Planar

计算方法

  • 结构树中,双击Solution< Mehtods
  • 设置Gradient为Green-Gauss Cell Based,Pressure为Body Force Weighted
  • 其他模型均采用QUIDK格式
  • 结构树中,Solution< Controls按下图设置控制因子

初始化设置

  • 双击Initialization,初始化温度为372K

Adapt边界

  • 导航栏中,Domain< Adapt< Refine/Coarsen
  • 在弹出的对话框中,Cell Registers< new< Boudary
  • 选中绝热边界,单击save

Patch边界

  • Initialization< patch
  • 按照下列方式,将绝热边界温度patch为373.15℃

计算设置

  • 双击Run Calculation
  • 设置Time Step Size为0.01s
  • 设置Number of Time Steps为1000
  • 计算结果:气含率分布云图


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