[本例改編自fluent官方教程]

FLUENT中帶有蒸發/冷凝模型,可以用于蒸發與冷凝模擬。本例用一個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。計算域內初始充滿0.9m深的水。劃分網格如圖2所示。

圖1 計算域描述 圖2 網格模型

2 導入網格

打開fluent,導入上步生成的網格模型。Scale檢查網格尺寸。如圖3所示。

圖3 scale計算域

確保計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 設置求解器

選擇壓力基(pressure-based)求解器,同時選擇瞬態模擬。

由于水沸騰時水蒸氣會在浮力作用下向出口運動,因此考慮重力。設置重力加速度為重力加速度為y方向,大小-9.81m/s2。如圖4所示設置。

圖4 設置求解器

4 設置計算模型

添加多相流模型為mixture模型,勾選slip velocity及implicit body force,設置歐拉相數量為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,不激活湍流模型。

5 材料設置

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

其他屬性采用默認設置。

6 相設置

設置液態水為主相,水蒸氣為第二相。設置氣泡直徑0.0002m。如圖7,圖8所示。

圖7 設置主相

圖8 設置第二相

定義相間作用,即定義蒸發/冷凝模型。點擊interaction按鈕進入如圖9所示對話框。選擇from phase為liquid,選擇to phase為vapor,即為由液態轉化為氣態,選擇模型為evaproation-condensation。此時彈出模型定義對話框,如圖10所示。這里采用默認設置即可。

圖9 選擇蒸發/冷凝模型

圖10 設置蒸發模型

7 設置邊界條件

本例的邊界條件較為簡單。

Outlet:采用壓力出口,設置出口蒸氣含量100%,溫度372K

Walls:設置為絕熱邊界。設置heat flux為0

Hot wall:設置temperature為570K

設置operating conditions如圖11所示。

圖11 operation condition

設置參考密度為氣相密度0.5542。

8 求解方法

設置pressure為body force weighted,其他momentum、volume fraction、energy全采用quick算法,有利于提高計算精度。

在solution controls面板中設置亞松弛因子。設置pressurewie為0.5,momentum為0.2,volume fration為0.2。

9 初始化

初始化時設置temperature為372K。

需要patch兩個區域:

1、與hotwall相鄰網格節點。由于hotwall溫度高達570K,超出水的沸點373.15K,因此需要adapt出hotwall邊界相鄰節點區域,設置其溫度為373.15K。

2、Patch出初始水位。由于初始狀態下計算域中有深0.9m的水,因此需要通過patch將其標記出來。

【Adapt】>【boundary】,彈出如圖12所示對話框,在boundary zones中選擇hotwall,設置number of cells為1,點擊mark即可對此區域節點進行標記,下一步進行溫度patch。

圖12 標記臨壁面節點

點擊patch…按鈕,彈出圖13所示對話框。

圖13 溫度patch

下一步patch水位。

點擊菜單【Adapt】>【region…】進入區域標記對話框。進行如圖14所示設置。

點擊mark進行標記。

圖14 區域標記

進入patch對話框,進行如圖15所示設置。點擊patch完成設置。

圖15 水位patch

此時可以查看云圖,以檢查patch是否正確。

10 其他設置

OK,該定義的都定義完了,剩下的就是一些監測量、動畫什么的設置,這些都很基礎,這里不再贅述。

11 設置計算

設置時間步長0.01s,時間步數1000步,迭代計算。

圖16 迭代計算

12 計算結果

略