【流体仿真前沿】一种结合CFD喷雾冷却集成的正交低温加工的新型仿真方法

在计算流体动力学（CFD）中，蒸发-冷凝模型是用来模拟液体蒸发和气体冷凝过程的数学模型。这些过程涉及到相变，即物质从液态转变为气态（蒸发）或从气态转变为液态（冷凝）。在Fluent等CFD软件中，蒸发-冷凝模型对于模拟多相流动，尤其是涉及到相变的复杂流动，具有重要的应用价值。 1. Lee模型Lee模型是一个基于物理的力学模型，通常与Mixture模型和VOF（Volume of Fluid）多相模型一起使用。该模型通过蒸汽传输方程控制液体-蒸汽传质过程，即蒸发和冷凝。在Lee模型中，蒸发和冷凝的传质速率由以下公式给出： - 蒸发过程：- 冷凝过程： 其中，Cevap和 Ccond 是蒸发和冷凝系数，需要根据实验数据进行微调。P* 是蒸汽侧界面上的蒸汽分压， Psat 是饱和蒸汽压， rho_v 和 rho_l 分别是蒸汽相和液相的密度。 2. 热相变模型（Thermal Phase Change Model）热相变模型采用欧拉多相流模型和双阻力法来计算相换热系数。该模型适用于整体体积换热系数不足以准确模拟界面换热过程的情况。在双阻力模型中，假设液相和气相界面处温度相同，均为 T_s )，则体积换热速率可以表示为： - 从界面到液相体积传热速率：- 从界面到气相体积传热速率： 其中， hl 和hv 分别是液相和气相的换热系数，Tl和Tv分别是液相和气相的温度。 3. 模型设置在使用Fluent进行蒸发-冷凝模拟时，需要进行以下设置：- 激活能量方程，因为蒸发冷凝涉及到热量交换。- 选择适当的多相流模型，如VOF、Mixture或Eulerian模型。- 在多相流模型中设置相变模型，如Lee模型或热相变模型。- 定义相间作用，包括蒸发和冷凝过程，设置相应的系数和饱和温度。 4. 应用案例蒸发-冷凝模型在多种工程应用中都有应用，例如：- 管内冷凝分析：模拟水蒸气在圆管内的冷凝换热问题。- 沸腾传热模拟：使用VOF模型和蒸发-冷凝模型模拟沸腾过程。- 蒸发冷却效应模拟：利用对称性减小模型大小，模拟蒸发冷却效应。 蒸发-冷凝模型是CFD中模拟相变过程的重要工具，它能够准确描述液体和气体之间的传质和传热过程。通过合理选择和设置模型参数，可以有效地模拟和分析多相流动中的蒸发和冷凝现象。 来源：CFD饭圈