fluent中的沸騰模型（2）-Non-equilibrium Subcooled Boiling

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關注 2020年7月7日 17:14

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“過冷沸騰”是用來描述這樣一種物理情況:即使液體的體積平均溫度小于飽和值，但壁溫高到足以導致壁上發生沸騰。在這種情況下，能量直接從壁面傳遞到液體。這些能量的一部分會使液體的溫度升高，另一部分會產生蒸汽。相間傳熱也會導致液體平均溫度升高,而飽和蒸汽冷凝。此外，一些能量可以直接從壁面轉移到蒸汽中。這些基本機制是所謂的倫斯勒理工學院(RPI)模型的基礎。

在ANSYS Fluent中，在歐拉多相模型的基礎上建立了壁面沸騰模型。多相流動由相連續性守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程控制。采用 Kurual 和 Podowski 的RPI形核沸騰模型和Lavieville等人的擴展式對壁面沸騰現象進行了建模。該壁面沸騰模型適用于三種不同的壁面邊界:等溫壁面、指定熱流和指定傳熱系數(耦合壁面邊界)。

如下面所描述的，已經考慮了動量、質量和熱量的界面傳遞以及沸騰流中的湍流模型。

01— Non-equilibrium Subcooled Boiling

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當使用基本RPI模型時，蒸汽的溫度不計算，而是固定在飽和溫度。為了模擬從核態沸騰狀態(DNB)開始的沸騰，或者模擬臨界熱流量和干燥后的條件，必須包括過程中的蒸汽溫度。現將壁面體熱分區修改如下:

 

其中q_c、q_Q、q_E分別為液相對流熱通量、淬火熱通量和蒸發熱通量(詳見 fluent中的沸騰模型（1）-RPI模型)。額外的熱流通量是q_V表示氣相的對流熱通量，q_G表示系統中任何其他可能的氣相的熱通量。它們可以表示為：

 

與液相的q_C相似，對流換熱系數h_V和h_G由壁面函數公式計算。函數f（α1）依賴于局部液體體積分數，其極限值與液體體積分數相似。Lavieville等人提出了如下表達式:

這里蒸汽分數的臨界值是α_l_crit=0.2