案例教程|沸騰傳熱傳質

本案例來源于Fluent官方教程,基于Mixture多相流模型及Evaporation-Condensation模型模擬沸騰中的傳熱傳質過程。

物理模型

2D方形容器,底部為壓力出口邊界,底部為200℃恒溫邊界,四周為絕熱邊界,容器內水的溫度為99℃。底部的水超過飽和溫度100℃,發生相變產生氣泡,在浮力作用下氣泡上升案例教程|沸騰傳熱傳質的圖1

常規設置

  • Scale檢查尺寸,Check檢查網格,Display查看網格
  • 選擇瞬態計算(Transient) 案例教程|沸騰傳熱傳質的圖2
激活能量方程

  • 結構樹中,Models< energy
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖3
多相流設置

  • 結構樹中,Models< Multiphase,選中Mixture,設置相數,點擊Apply
  • 激活Implicit Body Force 案例教程|沸騰傳熱傳質的圖4
材料設置

添加液相和氣相

  • 在結構樹中,Material< Fluid,右鍵New,增加新材料
  • 如下圖所示,設置Water-liquid與Water-vapor
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖5
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖6
相設置

  • 給Mixture模型指定相,Medels< Multiphase< Phases
  • Primary Phase為Water-Liquid,Secondary Phase為Water-Vapor
  • Secondary Phase中設置氣泡直徑0.0002m 案例教程|沸騰傳熱傳質的圖7
  • 在這個操作框中,切換到Phase Interaction,設置相間作用力(不同版本有差異,找到Phase Interaction即可),按照下列紅色方框依次設置 案例教程|沸騰傳熱傳質的圖8
  • 選擇完蒸發冷凝模型后,會彈出模型參數設置,保持默認即可
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖9
邊界設置

  • 出口邊界設置
    • 結構樹中,在Boundary Conditions中找到出口邊界(Outlet)設置為pressure-outlet
    • 設置Backflow Total Temperature為372 K
    • 雙擊出口邊界下方的water-vapor,切換到Multiphase,設置Backflow Volume Fraction為0

案例教程|沸騰傳熱傳質的圖10案例教程|沸騰傳熱傳質的圖11

  • 加熱邊界設置
    • 結構構樹中,在Boundary Conditions中找到加熱邊界(Inlet),雙擊 -切換到Thermal標簽,設置Thermal Conditons為Temperature,設置Temperature為573 K
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖12
  • 操作條件設置
    • 導航欄中,Physics< Planar
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖13
計算方法

  • 結構樹中,雙擊Solution< Mehtods
  • 設置Gradient為Green-Gauss Cell Based,Pressure為Body Force Weighted
  • 其他模型均采用QUIDK格式
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖14
  • 結構樹中,Solution< Controls按下圖設置控制因子
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖15
初始化設置

  • 雙擊Initialization,初始化溫度為372K
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖16
Adapt邊界

  • 導航欄中,Domain< Adapt< Refine/Coarsen
  • 在彈出的對話框中,Cell Registers< new< Boudary
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖17
  • 選中絕熱邊界,單擊save
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖18
Patch邊界

  • Initialization< patch
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖19
  • 按照下列方式,將絕熱邊界溫度patch為373.15℃
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖20
計算設置

  • 雙擊Run Calculation
  • 設置Time Step Size為0.01s
  • 設置Number of Time Steps為1000
案例教程|沸騰傳熱傳質的圖21
計算結果

  • 計算結果:氣含率分布云圖
    案例教程|沸騰傳熱傳質的圖22
計算模型文件

  • 微信公眾號"BB學長"后臺回復:Boiling
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