Fluent案例｜管内沸腾
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本案例演示利用Fluent中的Critical Heat Flux沸腾模型仿真计算管内介质受管壁加热后的沸腾现象，并将计算结果与试验数据进行比较。
1 案例描述
计算模型如图所示。管道半径5 mm，长度7 m。入口为液态水，其温度555 K，质量通量为1495 kg/(m2-s)。壁面为均匀热流797000 W/m2。管道内部压力为7.02 MPa。
2 Fluent设置
2.1 General设置
鼠标双击模型树节点General，右侧面板选择Axisymmetric 激活选项Gravity启用重力加速度，设置重力加速度为X方向-9.81 m/s2
注：二维轴模型的对称轴必须为X轴，本案例几何模型是水平放置的，因此设置重力加速度沿着X轴负方向
”
2.2 多相流模型设置
鼠标双击模型树节点Models > Multiphase，弹出对话框中如下图所示，选择Eulerian，并选择Boiling Model及Critical Heat Flux
2.3 Models设置
右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On开启能量方程
鼠标双击模型树节点Models > Viscous，弹出的模型设置对话框中选择Realizable k-epsilon湍流模型，选择选项Enhanced Wall Treatment及Thermal Effects，如下图所示
2.4 Material设置
管内压力7.02MPa，利用REFPROP计算介质液相与汽相的物性参数，包括密度、比热、热导率、粘度、标准状态焓等。
启动REFPROP软件 选择菜单Substance → Pure Fluid(Single Compounds) 打开材料介质选择对话框
如下图所示选择介质water
点击菜单Options → Properties 打开属性选择对话框
如下图所示挑选需要显示的物性参数，如密度、焓值、汽化热、热导率、粘度等
点击菜单Calculate → Saturation Tables打开设置对话框
选择变量为Pressure
如下图所示指定压力为7.02 MPa ，点击OK按钮进行计算
计算得到的物性参数如下图所示
可以得到7.02 MPa条件下饱和温度为559.17 K。
将其整理成表，如下表所示。
液相参数：
| 物性参数 | 参数值 |
|---|---|
| 密度 | 739.37 kg/m3 |
| 静态焓 | 1268.7 kJ/kg |
| 比热 | 5.4065 kJ/(kg-K) |
| 热导率 | 572.88 mW/(m-K) |
| 粘度 | 91.191E-6 Pa.s |
汽相参数：
| 物性参数 | 参数值 |
|---|---|
| 密度 | 36.642 kg/m3 |
| 静态焓 | 2772.4 kJ/kg |
| 比热 | 5.3666 kJ/(kg-K) |
| 热导率 | 63.547 mW/(m-K) |
| 粘度 | 18.898 E-6 Pa.s |
汽化潜热1503.7 kJ/kg（汽化潜热=气相焓值-液相焓值，REFPROP中可以直接得到）。Fluent中要求输入标准状态焓，其值等于汽化潜热与分子量的乘积。在设置材料参数的过程中，为简单起见，可将液相标准状态焓设置为零 ，将气相标准状态焓设置为汽化潜热与分子量的乘积，注意单位换算。本案例其值为。
从材料库中添加材料water及water-vapor，并修改其材料参数
添加材料后的模型树节点如下图所示
如下图所示修改water_liquid材料参pi数
如下图所示修改水蒸气的材料属性参数
注：参数标准状态焓很重要，直接影响到相变量。
”
2.5 Phase设置
鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase > Primary Phase，弹出对话框中设置water-liquid为主相，并修改名称为liquid
鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase > Secondary Phase，弹出对话框中设置water-vapor为主相，并修改名称为vapor，设置Diameter为boiling-dia
鼠标双击模型树节点Models > Multiphase >Phase Interactions，弹出对话框中进入Forces标签页，如下图所示进行设置
鼠标双击模型树节点Models > Multiphase >Phase Interactions，弹出对话框中进入Mass标签页，如下图所示进行设置
点击Eidt… 按钮进入沸腾模型设置对话框，如下图所示进行参数设置
2.6 边界条件指定
1、mass-flow-inlet-7
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > mass-flow-inlet-7，弹出对话框中如下图所示设置湍流条件
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > mass-flow-inlet-7> liquid，如下图所示设置入口速度
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > mass-flow-inlet-7 > liquid，切换至Thermal标签页，如下图所示设置液相温度为555 K
image-20220107165130261鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > mass-flow-inlet-7 > vapor，弹出对话框中如下图所示设置入口气相质量通量为0
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > mass-flow-inlet-7 > vapor，切换至Thermal标签页，如下图所示设置温度为559 k
2、pressure-outlet-4
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-4，弹出对话框中如下图所示设置参数
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-4> liquid，如下图所示设置出口液相参数
切换至Thermal标签页，设置温度为559 k
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-4 > vapor，如下图所示设置出口气相温度
3、wall
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > wall，如下图所示，设置壁面热流为797000 w/m2
2.7 Methods设置
双击模型树节点Methods，如下图㪢及
进入Methods节点，如下图所示进行设置
2.8 Controls设置
鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板如下图所示采用参数设置
2.3 Monitor设置
如下图所示禁用残差作为收敛标准
注：这里需要计算足够多的步数才行，干脆不看残差了。
”
2.9 初始化计算
鼠标右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize开始初始化
2.10 进行计算
双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为6000，点击按钮Calculate开始计算
3 计算结果
中间某段气相分布
模型长宽比太大，不便于观察，这里取中间一段来观察气相分布。
壁面温度分布与实验数据[1]比较
计算误差还是有点儿大，沸腾模型中有一大堆参数需要调整，有兴趣可以自行调整。
相关文件下载：
链接：https://pan.baidu.com/s/1fxGlh7_3qI6qUJhUtAN7tA 提取码：tiom
”
参考文献
N. Hoyer, Calculation of dryout and post-dryout heat transfer for tube geometry, International Journal of Multiphase Flow, Vol 24, pp. 319-334, 1998
（本文结束）
