水封模拟

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1 前言

水封在汽水管道疏水中被广泛使用，它的作用是使凝结水顺利地流过水封排走，而蒸汽则被封在管道内。今天的案例来自于实际工程应用，在SOFC热电联供系统中，如果尾气排放温度低至露点温度以下，则会产生冷凝水，这部分冷凝水需要及时排走，否则可能会堵塞管道。在该案例中，我们将采用如下的水封结构来排除冷凝水。

2 建模与网格

创建上图的管道和水封二维平面模型，划分四边形网格，节点数为44480，最小正交质量0.7。注意，在建模时加入口切分成上下两部分，上面走气体、下面走液体。当然，也可以通过UDF定义入口的体积分数和速度，这时就不需要切分入口了。

3 边界条件与求解设置

采用SST k-ω湍流模型，开启重力选项。

水封结构的模拟涉及到液面的捕捉，因此需要采用VOF两相流模型。本案例我们考虑两相分别为干空气和液态水，也就是已经冷凝结束了不再考虑冷凝过程。干空气为主相，液态水为次相。本案例我们分别考虑水的表面张力和不考虑水的表面张力，看看表面张力对模拟的影响。如果考虑表面张力，则设定张力系数为0.07N/m，并且考虑壁面黏附，接触角为120°（水侧测量，疏水特性）。