基于ANSYS Fluent 自帶的蒸發冷凝應用實例

2017-01-12 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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描述該模型的使用方法。

1、模型描述:
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
劃分網格如圖 2 所示。

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。

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。

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 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。

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 372KWalls:設置為絕熱邊界。設置 heat flux 為 0Hot 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,volumefration 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。