FLUENT水沸腾现象的模拟方法

本教程演示了水沸腾过程的传热相变问题的设置和求解。

1启动Workbench并建立分析项目

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

 2 导入几何体  

1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

3划分网格  

1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

2）右键分别选择水罐的加热壁面，水罐壁面和出口，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称wall_heat，wall_tank和outlet，单击OK按钮确认。

3）同步骤（2）选择水区域和空气区域，分别命名为fluid_water和fluid_air。

4）网格参数设置，在Element Size中输入8mm，在Quality中，Smoothing选择High。

5）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

6）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

7）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

8）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

4设置材料  

1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

2）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。

单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water-liquid和water-vapor单击Copy按钮确认。

3）同（2），选择固体材料铁。

5 定义模型  

1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient，勾选Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。

2）在模型设定面板Models中双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，单击OK按钮确认并关闭对话框。

3）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择RNG k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Scalable Wall Functions，单击OK按钮确认并关闭对话框。

4）在模型设定面板Models中双击Multiphase按钮，弹出Multiphase Model（多相流模型）对话框，选择Mixture，Number of Eulerian Phases填入3，单击OK按钮确认并关闭对话框。

5）在模型设定面板Models中双击Multiphase下的Phases按钮，弹出Phase（多相流设置）对话框，在Phase-1对话框中，Phase Material选择air，在Phase-2对话框中，Phase Material选择water-liquid和water-vapor，单击OK按钮确认并关闭对话框。

6）在Phase设定对话框中，双击Interaction按钮，弹出Phase Interaction对话框，在Mass选项卡中，Number of Mass Transfer Mechanis ms选择1，在Mechanis m中选择evaporation-condensation，单击Edit按钮进入evaporation-condensation model对话框，Saturation Temperature填入100，Evaporation Frequency填入0.2，Condensation Frequency填入0.1，单击OK按钮确认。

6 设置边界条件  

1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

2）在边界条件面板中，双击鼠标左键选择wall_heat，弹出边界条件设置对话框。在Thermal选项卡中，Thermal Condition选择Temperature，Temperature输入1600，Material Name选择Steel，单击OK按钮确认退出。

7 初始条件  

1）单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization，Compute from选择wall_heat，单击Initialize按钮进行初始化。

2）在Solution Initialization（初始化设置）面板中，单击Patch按钮，弹出Patch对话框，在Zone to Patch中选择fluid_water，Variable中选择Temperature，在Value中填入90，单击Patch按钮。

3）同步骤（2），设置fluid_water水相为1。

8 计算求解

1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。在Time Step Size中输入0.001，在Number of Time Steps中输入1000，单击Calculate开始计算。

9 结果后处理  

1）双击A6栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）单击任务栏中 Location→ Plane按钮，弹出Insert Plane（创建平面）对话框，保持平面名称为“Plane 1”，单击OK按钮进入Plane（平面设定）面板。

3）在Geometry（几何）选项卡中Method选择ZX Plane，Y坐标取值设定为0，单位为m，单击Apply按钮创建平面。

4）单击任务栏中 （云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。

5）在Geometry（几何）选项卡中Locations选择Plane 1，Variable选择Vapor. Volume Fraction，单击Apply按钮创建速度云图。

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