很多同學(xué)要研究的問題涉及到相變，如蒸發(fā)冷凝問題。對(duì)于冷凝，當(dāng)溫度低于當(dāng)前蒸汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)就會(huì)發(fā)生凝結(jié)。對(duì)于蒸發(fā)，蒸發(fā)可以在任何溫度下進(jìn)行。Fluent自帶有蒸發(fā)冷凝模型，確切點(diǎn)說，F(xiàn)luent自帶的相變模型更適用于沸騰和冷凝，其飽和溫度是一個(gè)定值，當(dāng)然可以通過UDF使飽和溫度改變來模擬蒸發(fā)問題。

本例用一個(gè)簡單的例子來簡要描述Fluent蒸發(fā)冷凝模型的使用方法。

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1 模型描述

本例的模型較為簡單，如圖所示。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hot_wall，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。

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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。

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。

4 設(shè)置計(jì)算模型

添加多相流模型為VOF模型，設(shè)置歐拉相數(shù)量為2。這里如果想要產(chǎn)生氣泡，需要設(shè)置為VOF模型，如果設(shè)置了Mixture模型，氣液界面不明顯，無法產(chǎn)生氣泡。

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激活能量方程。

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。

定義相間作用，即定義蒸發(fā)/冷凝模型。點(diǎn)擊interaction按鈕進(jìn)入對(duì)話框。選擇from phase為water，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。這里將蒸發(fā)系數(shù)及冷凝系數(shù)都設(shè)置為5，飽和溫度設(shè)置為373.15K。

注：

1. 由于飽和溫度為定值，這里的設(shè)置實(shí)際上是沸騰模型，即只在溫度大于飽和溫度處發(fā)生相變，在氣液界面并沒有相變產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^UDF該改變飽和溫度的值，實(shí)現(xiàn)常溫蒸發(fā)

2. 冷凝系數(shù)和蒸發(fā)系數(shù)的選取沒有特定的規(guī)律，有很多文獻(xiàn)對(duì)這兩個(gè)值進(jìn)行了探討。這兩個(gè)值過小則相變不明顯，值過大，則容易發(fā)散。一般需要通過實(shí)驗(yàn)來確定這兩個(gè)系數(shù)。

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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，設(shè)置參考密度為氣相密度0.5542。

8 求解方法

設(shè)置pressure-Velocity耦合設(shè)置為PISO，volume fraction采用Geo-Reconstruct幾何重構(gòu)算法，能夠精確捕捉氣液界面。只有在使用VOF模型時(shí)，volume fraction才可采用幾何重構(gòu)方法。

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。為什么要在加熱面patch一個(gè)飽和溫度？這是因?yàn)榧訜崦鏈囟葹?70K，而實(shí)際的蒸發(fā)溫度為373.15K，沸騰只在加熱面處發(fā)生，沸騰時(shí)溫度只能保持在飽和溫度。

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。

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點(diǎn)擊patch…按鈕，彈出圖所示對(duì)話框。

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。

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。

此時(shí)可以查看云圖，以檢查patch是否正確。

10 動(dòng)畫設(shè)置

設(shè)置每4個(gè)時(shí)間步顯示一幀，將動(dòng)畫保存在內(nèi)存中，這樣不必設(shè)置保存圖片位置。顯示蒸汽體積分?jǐn)?shù)。

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。

12.動(dòng)畫顯示

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