Fluent案例｜闪蒸

本案例利用Fluent中的Evaporation-Condensation模拟模拟闪蒸过程。

关于闪蒸现象：

闪蒸现象：闪蒸就是高压的饱和液体进入比较低压的容器中后，由于压力的突然降低，这些饱和液体变成一部分的容器压力下的饱和蒸汽和饱和液的现象。——《百度百科》

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1 问题描述

计算模型如下图所示。高温高压的液态水从入口流入计算区域，入口温度400 K，压力0.3 MPa。容器内初始压力1 atm，初始温度293 K，液相进入容器后由于其温度高于饱和温度而发生闪蒸。

2 Fluent数值

• 以2D、Double Precision 方式启动Fluent
• 利用菜单File → Read → Mesh… 读取网格文件flashing.msh

2.1 General设置

• 进入General 面板，选择选项Transient及Axisymmetric，并指定重力加速度为X轴-9.81 m/s

• 点击Scale… 按钮打开网格缩放对话框，如下图所示，将计算域尺寸缩放到0.642*0.075 m

2.2 Models设置

• 打开多相流设置对话框
• 选择Mixture模型
• 激活选项Implicit Body Force
• 其他参数保持默认设置

• 激活能量方程

• 选择采用Realizable k-epsilon湍流模型

2.3 Materials设置

• 从材料数据库中添加液态水与水蒸气

• 修改液态水物性参数，如下图所示

• 修改水蒸气物性参数，如下图所示

注：利用REFPROP计算得到1 atm条件下的水的汽化热为2256.5 kJ/kg，将该值与分子量相乘换算为标准状态焓。

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2.4 设置相

• 设置液态水为主相

• 设置水蒸气为次相

• 选择相间传质模型为evaporation-condensation

• 设置Lee模型参数，如下图所示

注：From Phase Frequency与To Phase Frequency分别为蒸发频率因子与冷凝频率因子，这两个参数通常用于调整蒸发量与冷凝量与试验值进行对标用的。若没有试验值，对于同时存在蒸发与冷凝的问题（如热管等），通常将冷凝因子调大，冷凝因子与蒸发因子的比率大约为液相与气相密度的比率。本案例主要为蒸发，为了更容易观察到蒸发现象，可以将蒸发频率设置一个较大的值。千万注意，没有经过试验数据校准的Lee模型，是不可用用于定量研究的。

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2.5 设置边界条件

1、velocity-inlet_inlet边界

• 将边界velocity-inlet_inlet 设置为Pressure-Inlet类型
• 指定总压为0.3e6 Pa

• 设置入口温度400 K

• 设置vapor相的体积分数为0

2、output边界

• 将output边界类型指定为pressure-outlet
• 设置出口静压为0 Pa

• 指定出口回流温度为293 K

• 指定出口汽相回流体积分数为0

2.6 Methods设置

• 如下图所示指定计算方法

2.7 Controls设置

• 如下图所示设置求解控制参数

2.8 Monitor设置

• 将连续方程的收敛残差设置为1e-8

2.9 初始化

• 如下图所示设置初始值

2.10 进行计算

• 设置时间步数10000，时间步长为0.0001 s进行计算

3 计算结果

计算时间很长，这里只计算了0.03 s。

• 速度变化

• 汽相分布

注：案例模型取自《实用多相流数值模拟》，案例中对其中一些计算参数进行了修改。

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相关计算文件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1iFHZ5JterTSETvZWpIY9PQ 提取码：2umn

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