基于ANSYS Fluent 自帶的蒸發(fā)冷凝應(yīng)用實(shí)例

2017-01-12  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

FLUENT 中帶有蒸發(fā)/冷凝模型,可以用于蒸發(fā)與冷凝模擬。本例用一個簡單的例子來簡描述該模型的使用方法。

1、模型描述:
例的模型較為簡單,如圖 1 所示。計算域高 1m,寬 0.2m。頂部邊界為壓力出口,底部有高溫壁面 hotwall,溫度 570K,其他壁面 wall 為絕熱邊界。計算域內(nèi)初始充滿 0.9m 深的
劃分網(wǎng)格如圖 2 所示。

2 導(dǎo)入網(wǎng)格
打開 fluent,導(dǎo)入上步生成的網(wǎng)格模型。 Scale 檢查網(wǎng)格尺寸。如圖 3 所示。

圖 3 scale 計算域
確保計算域尺寸是我們所需要的。本例中 x 方向尺寸 0~0.2m, y 方向 0~1m。

3 設(shè)置求解器
選擇壓力基(pressure-based)求解器,同時選擇瞬態(tài)模擬。
由于水沸騰時水蒸氣會在浮力作用下向出口運(yùn)動,因此考慮重力。設(shè)置重力加速度為重力加速度為 y 方向,大小-9.81m/s2。如圖 4 所示設(shè)置。

4 設(shè)置計算模型
添加多相流模型為 mixture 模型,勾選 slip velocity 及 implicit body force,設(shè)置歐拉相數(shù)量為2。如圖 5 所示。

激活能量方程。如圖 6 所示。此例為層流流動,不激活湍流模型。

5 材料設(shè)置
添加材料 water-vapor 及 water-liquid。修改材料屬性。
Water-liquid 屬性:
Density: 1000kg/m3
Viscosity: 0.0009kg/m-s
Standard state enthalpy: 0 j/kgmol
Reference temperature: 298k
其他采用默認(rèn)屬性。
Water-vapor 屬性:
Cp: 2014j/kg-k
Standard state enthalpy: 2.99e7j/kgmol
Reference temperature: 298.15k
其他屬性采用默認(rèn)設(shè)置。

6 相設(shè)置
設(shè)置液態(tài)水為主相,水蒸氣為第二相。設(shè)置氣泡直徑 0.0002m。如圖 7,圖 8 所示。

圖 8 設(shè)置第二相

定義相間作用,即定義蒸發(fā)/冷凝模型。點(diǎn)擊 interaction 按鈕進(jìn)入如圖 9 所示對話框。選擇from phase 為 liquid,選擇 to phase 為 vapor,即為由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),選擇模型為evaproation-condensation。此時彈出模型定義對話框,如圖 10 所示。這里采用默認(rèn)設(shè)置即可。

7 設(shè)置邊界條件

本例的邊界條件較為簡單。Outlet:采用壓力出口,設(shè)置出口蒸氣含量 100%,溫度 372KWalls:設(shè)置為絕熱邊界。設(shè)置 heat flux 為 0Hot wall:設(shè)置 temperature 為 570K設(shè)置 operating conditions 如圖 11 所示。

圖 11 operation condition
設(shè)置參考密度為氣相密度 0.5542。

8 求解方法
設(shè)置 pressure 為 body force weighted,其他 momentum、 volume fraction、 energy 全采用 quick算法,有利于提高計算精度。在 solution controls面板中設(shè)置亞松弛因子。設(shè)置 pressurewie 為 0.5,momentum為 0.2,volumefration 為 0.2。
9 初始化
初始化時設(shè)置 temperature 為 372K。需要 patch 兩個區(qū)域:
1、與 hotwall 相鄰網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。由于 hotwall 溫度高達(dá) 570K,超出水的沸點(diǎn) 373.15K,因此需
要 adapt 出 hotwall 邊界相鄰節(jié)點(diǎn)區(qū)域,設(shè)置其溫度為 373.15K。
2、 Patch 出初始水位。由于初始狀態(tài)下計算域中有深 0.9m 的水,因此需要通過 patch 將其
標(biāo)記出來。
【 Adapt】 >【 boundary】,彈出如圖 12 所示對話框,在 boundary zones 中選擇 hotwall,設(shè)
置 number of cells 為 1,點(diǎn)擊 mark 即可對此區(qū)域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記,下一步進(jìn)行溫度 patch。

圖 12 標(biāo)記臨壁面節(jié)點(diǎn)

點(diǎn)擊 patch…按鈕,彈出圖 13 所示對話框。

圖 13 溫度 patch
下一步 patch 水位。
點(diǎn)擊菜單【 Adapt】 >【 region…】進(jìn)入?yún)^(qū)域標(biāo)記對話框。進(jìn)行如圖 14 所示設(shè)置。點(diǎn)擊 mark 進(jìn)行標(biāo)記。

圖 14 區(qū)域標(biāo)記
進(jìn)入 patch 對話框,進(jìn)行如圖 15 所示設(shè)置。點(diǎn)擊 patch 完成設(shè)置。

圖 15 水位 patch
此時可以查看云圖,以檢查 patch 是否正確。
10 其他設(shè)置
OK,該定義的都定義完了,剩下的就是一些監(jiān)測量、動畫什么的設(shè)置,這些都很基礎(chǔ),這
里不再贅述。
11 設(shè)置計算
設(shè)置時間步長 0.01s,時間步數(shù) 1000 步,迭代計算。

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