FLUENT干空气流过水面蒸发加湿模拟

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1 前言

之前笔者做过一个湿空气冷凝的模拟，今天我们继续做一个案例，本案例为干空气流过水面而被蒸发加湿的过程。本案例同样会用到求解湿空气水蒸气分压以及露点温度的UDF，感兴趣的可以查看历史消息，在湿空气冷凝模拟的案例里面。

2 模型描述

建立如下的二维平面模型，入口管道宽0.01m，长0.05m，出口管道宽0.005m，长0.05m。管道连接到一个0.1m×0.04m的水池，水池里面有0.02m深的水，水温初始值20℃。干空气以1m/s的速度从入口管道流入，空气温度60℃。计算出口的空气相对湿度变化情况。

3 求解设置

同样采用mixture两相流模型，进行如下设置，主相为液态水，次相为湿空气。

采用以下值进行初始化，并将水区域的体积和温度进行patch，效果如下

设置亚松弛因子中的湿空气水蒸气相，本案例测试，当此值大于0.3时，水蒸气组分收敛效果很差。

采用瞬态求解，时间步长0.0001s。

4 计算结果

我们看一下约0.06内出口的水蒸气摩尔分数变化情况，由于一开始整个计算域的速度为0，在干空气通了约0.055s后出口才显著出现水蒸气。

我们看一下此时的水蒸气质量分数云图和相对湿度云图，可以看出开始时刻水蒸气基本处在液面附近。

我们再看一下经过约2.5s后的出口空气相对湿度，约为1.2%。

此时的水蒸气质量分数、分压力和相对湿度分布如下，可以看出水蒸气已经弥漫到了水面上方。

再看一下2.5s时的速度分布，水池下面的空气基本被短路。同时从速度矢量图可以看到入口管道进入水池下部空气存在一个回流区，这也造成水蒸气在此一定程度聚集，使得该处的水蒸气含量较高。

最后看一下蒸发速率，可以看出蒸发发生在气液界面上。

来源：仿真与工程

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首次发布时间：2023-07-05