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FLUENT池沸腾模拟(沸腾状态变化)

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正文共: 1236字 18图     预计阅读时间: 4分钟

1 前言

今天是中秋节,祝大家节日快乐!
之前我们做过几个关于流动沸腾的案例,与流动沸腾(flow boiling)相对应的还有池沸腾(pool boiling)。流动沸腾考虑的是流动的液体中的传热传质,而池沸腾考虑的是静止的液体。流体池沸腾与流动沸腾本质上基本是一致的,也有相似的沸腾曲线,只不过池沸腾曲线相比流动沸腾在纵坐标有所下移。今天我们对池沸腾进行模拟,本案例采用的沸腾传热传质模型与流动沸腾案例二一致。

2 建模与网格

创建0.0459m×0.1376m的二维平面模型,划分四边形网格,节点数约5万,底部壁面附近网格进行细化处理。

3 边界条件与求解设置

介质为默认的液态水和水蒸气,饱和温度100℃。
采用层流模型。
开启重力选项。
启用VOF模型,主相为水蒸气,次相为液态水,考虑表面张力和壁面附着,表面张力系数0.068N/m。
底部壁面为恒温面,温度根据过热度进行设置,本案例考虑了10℃、30℃、50℃、60℃和70℃几个不同的工况。表面接触角为30°(液体侧测量)
顶部为压力出口,回流为100%,100℃的饱和水。
计算域左右两侧均为对称面。
分别为计算域的混合相,液相和气相增加能量源项和质量源项。
由于该沸腾模型需要调用温度和体积分数的梯度,默认情况下求解器会不断移除梯度数据,因此如果要保留梯度数据,需要用solver/set/expert这个TUI命令,并对Keep temporary solver memory from being freed?回答yes,但是保留梯度数据需要更多的存储资源,越计算到后面迭代可能越慢。
创建一个监视器,监测壁面的传热功率。
瞬态求解,时间步长0.00001s,每个时间步迭代次数80,注意时间步长的设定如果不合适很可能造成计算后程突然发散崩溃。

4 计算结果

先看一下迭代残差曲线,收敛效果良好。这几个工况的总计算时间耗费了一个周……
我们以壁面传热功率与用户自定义能量源项(即潜热)的对比作为能量守恒状态的判据。
过热度10℃、30℃、50℃、60℃和70℃,壁面传热功率曲线依次如下。
过热度10℃、30℃、50℃、60℃和70℃,水蒸气体积分数云图依次如下
由上述结果可以看出,10℃-70℃过热度跨度下,沸腾的状态发生了改变,呈现核态沸腾到模态沸腾的转变,我们将传热面平均热流密度和过热度关系绘制成如下曲线,可以预见,继续增加过热度,将模拟出模态沸腾的上升曲线,本案例从略。
最后我们看一下过热度10℃的水蒸气体积分数动画。
参考文献
[1] Modelling and simulation of flow boiling heat transfer
[2] Guidelines for simulating cryogenic film boiling using volume of fluid (VOF)
[3] Modelling of a cryogenic liquid pool boiling using CFD code
[4] Modeling of the Evaporation and Condensation Phase-Change Problems with FLUENT

来源:仿真与工程
FluentUM
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-28
最近编辑:2小时前
余花生
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