三十、Fluent两种蒸发-冷凝模型理论及设置

Fluent提供了两种蒸发冷凝模型，分别是Lee模型和热相变模型（Thermal Phase Change Model）

并且建议模拟蒸发冷凝时，使用热相变模型（Therefore, it is generally recommended that you use the Eulerian multiphase formulation with the two-resistance heat transfer method when simulating evaporation-condensation processes.-ANSYS Help）

(1) Lee模型理论

Lee模型可以在Mixture、VOF和欧拉多相流模型中使用。

质量传输方程：

注：是否可将此方程改写为UDS方程？

①UDS标准输运方程：，参考T55

②倒三角为梯度符号，参考T66

③方程右边为输运方程源项

Fluent定义液相向气相传质为正：

蒸发只有液相向气相传质，冷凝只有气相向液相传质。能量源项等于质量源项乘以潜热。与UDF lee模型定义相同。

式中的coeff（单位1/s）：（Fluent帮助文档中有推导过程）

其中，db为蒸汽气泡直径（只有在欧拉模型和Mixture模型中才会有此参数）

R为理想气体常数，Tsat为饱和温度，L为潜热(J/kg)，αv为气体体积分数，ρv为气体密度，ρl为液体密度，M为摩尔质量。β因子是通过调节系数和蒸汽的物理特性来定义的，在接近平衡条件下接近1.0。

由于气泡直径db和调节系数β通常不是很清楚，这就是为什么coeff系数必须微调以符合实验数据。默认情况下，蒸发系数和冷凝系数均为0.1。然而，在实际情况中，数量级可以高达10^3

(2) 热相变模型Thermal Phase Change Model

采用欧拉多相流模型和双阻力法计算相换热系数可以使用热相变模型

在某些特殊情况下，采用整体体积换热系数不足以准确地模拟界面换热过程。更一般的方法是考虑在相界面两侧具有不同传热系数的传热过程，称为双阻力模型。

假设液相和气相界面处温度相同，均为Ts，则体积换热速率为：

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分别为液相和气相的换热系数，Hls和Hvs分别为液相和气相的焓，忽略表面张力对压力的影响，可认为Ts=Tsat

由于界面处能量守恒，因此

可以得到：

如果

(evaporation, the liquid phase is the outgoing phase):

如果

(evaporation, the liquid phase is the outgoing phase):

如果是蒸发，则液相焓为液体温度下的焓，气相焓为饱和温度下的焓；如果是冷凝，则液相焓为饱和温度下的焓，气相焓为气体温度下的焓。

潜热：

因此：Hvs-Hls=Hv(Tsat)-Hl(Tl)或Hl(Tsat)-Hv(Tv)在数值上大于潜热L

焓计算公式:

其中，Tref为参考温度，H(Tref)为参考温度下的标准状态焓standard state enthalpy

物性参数中存在标准状态焓和参考温度

①　如果在VOF模型的基础上使用蒸发-冷凝模型，体积分数离散格式建议使用QUICK、HRIC或 Phase Localized Compressive

②　Lee模型中的蒸发和冷凝系数可参考Lee模型理论，由于气泡直径db和调节系数β通常不是很清楚，coeff系数必须微调以符合实验数据。

③　如果在欧拉模型的基础上使用热相变模型，则需要输入两个参数，但是对于热相变模型，通常默认值1是合适的，不需要更改。

From Phase Scaling Factor和To Phase Scaling Factor分别为下式中的Cl和Cv

④　饱和温度设置（可模拟常温蒸发）

tabular-pt-sat：以表格的方式设置饱和温度。tabular-pt-sat允许您使用包含饱和温度和饱和压力数据点的表格指定饱和温度。饱和温度将根据饱和压力进行插值。若选择tabular-pt-sat，表输入对话框就会打开。

tabular-pt-sat格式(Tabular Format):表格法使用二分法和局部线性插值来找到表格量的值。

Default-Skjaevland-Model

Sw          Pc

0.2122      195399.0883

0.2245      156423.6016

0.2367      134012.8962

0.249       117936.4991

0.2612      105469.0929

0.2735      95079.83957

0.2857      86245.04955

0.298       78405.02466

该文本文件可以是任何以制表符(或空格)分隔的文件，并且必须包含以下条目：

a. 第1行-表的名称。名称不包含空格，长度不超过128个字符。例如，Default-Skjaevland-Model和Default_Skjaevland_Model是可接受的名称。

b. 第2行-表输入数据的列名(上面例子中的Sw和Pc)。

c. 第3行和所有连续行-数据点。请注意，虽然没有对行和列的数量进行限制，但是文件应该相对较小(最多几百个数据点)

d. 表中的每一行必须以换行符或回车符结束，行最后一项后面不能有空格或制表符。

e. 必须提供足够数量的数据点，以便为内插的变量获得有意义的结果。所要插值的数据必须在第一行和最后一行数据之间。

f. 如何导入数据

User-Defined → User-Defined → Read Table

加载文件后，表的名称、表的属性，比如表的类型和行和列的数量，都显示在Info字段中。

g. 与本地存储的文件不同，这些表一旦被读入，就会作为Fluent case文件的一部分被写出来。不必维护表的本地副本。

⑤　如果选择空化、蒸发-冷凝或沸腾，从From phase（源相）中选择的相必须是液体，To phase必须是蒸汽。如果是组分输运模型模拟相变问题，且其中一相是气体，则必须设置To phase为气体。