1．蒸發(fā)冷凝模型理論

Fluent提供了兩種蒸發(fā)冷凝模型，分別是Lee模型和熱相變模型（Thermal Phase Change Model）

并且建議模擬蒸發(fā)冷凝時，使用熱相變模型（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模型理論

Lee模型可以在Mixture、VOF和歐拉多相流模型中使用。

質(zhì)量傳輸方程：

注：是否可將此方程改寫為UDS方程？

①UDS標(biāo)準(zhǔn)輸運方程：，參考T55

②倒三角為梯度符號，參考T66

③方程右邊為輸運方程源項

Fluent定義液相向氣相傳質(zhì)為正：

蒸發(fā)只有液相向氣相傳質(zhì)，冷凝只有氣相向液相傳質(zhì)。能量源項等于質(zhì)量源項乘以潛熱。與UDF lee模型定義相同。

 

式中的coeff（單位1/s）：（Fluent幫助文檔中有推導(dǎo)過程）

其中，db為蒸汽氣泡直徑（只有在歐拉模型和Mixture模型中才會有此參數(shù)）

R為理想氣體常數(shù)，Tsat為飽和溫度，L為潛熱(J/kg)，αv為氣體體積分?jǐn)?shù)，ρv為氣體密度，ρl為液體密度，M為摩爾質(zhì)量。β因子是通過調(diào)節(jié)系數(shù)和蒸汽的物理特性來定義的，在接近平衡條件下接近1.0。

 

由于氣泡直徑db和調(diào)節(jié)系數(shù)β通常不是很清楚，這就是為什么coeff系數(shù)必須微調(diào)以符合實驗數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下，蒸發(fā)系數(shù)和冷凝系數(shù)均為0.1。然而，在實際情況中，數(shù)量級可以高達(dá)10^3

(2) 熱相變模型Thermal Phase Change Model

采用歐拉多相流模型和雙阻力法計算相換熱系數(shù)可以使用熱相變模型

 

在某些特殊情況下，采用整體體積換熱系數(shù)不足以準(zhǔn)確地模擬界面換熱過程。更一般的方法是考慮在相界面兩側(cè)具有不同傳熱系數(shù)的傳熱過程，稱為雙阻力模型。

 

假設(shè)液相和氣相界面處溫度相同，均為Ts，則體積換熱速率為：

 

從界面到液相體積傳熱速率：

從界面到氣相體積傳熱速率：

其中，hl和hv分別為液相和氣相的換熱系數(shù)，Hls和Hvs分別為液相和氣相的焓，忽略表面張力對壓力的影響，可認(rèn)為Ts=Tsat

 

由于界面處能量守恒，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):

 

如果是蒸發(fā)，則液相焓為液體溫度下的焓，氣相焓為飽和溫度下的焓；如果是冷凝，則液相焓為飽和溫度下的焓，氣相焓為氣體溫度下的焓。

潛熱：

因此：Hvs-Hls=Hv(Tsat)-Hl(Tl)或Hl(Tsat)-Hv(Tv)在數(shù)值上大于潛熱L

 

焓計算公式:

其中，Tref為參考溫度，H(Tref)為參考溫度下的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)焓standard state enthalpy

 

物性參數(shù)中存在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)焓和參考溫度

 

2．Fluent蒸發(fā)冷凝模型設(shè)置

①　如果在VOF模型的基礎(chǔ)上使用蒸發(fā)-冷凝模型，體積分?jǐn)?shù)離散格式建議使用QUICK、HRIC或 Phase Localized Compressive

 

②　Lee模型中的蒸發(fā)和冷凝系數(shù)可參考Lee模型理論，由于氣泡直徑db和調(diào)節(jié)系數(shù)β通常不是很清楚，coeff系數(shù)必須微調(diào)以符合實驗數(shù)據(jù)。

③　如果在歐拉模型的基礎(chǔ)上使用熱相變模型，則需要輸入兩個參數(shù)，但是對于熱相變模型，通常默認(rèn)值1是合適的，不需要更改。

From Phase Scaling Factor和To Phase Scaling Factor分別為下式中的Cl和Cv

 

④　飽和溫度設(shè)置（可模擬常溫蒸發(fā)）

 

tabular-pt-sat：以表格的方式設(shè)置飽和溫度。tabular-pt-sat允許您使用包含飽和溫度和飽和壓力數(shù)據(jù)點的表格指定飽和溫度。飽和溫度將根據(jù)飽和壓力進行插值。若選擇tabular-pt-sat，表輸入對話框就會打開。

 

tabular-pt-sat格式(Tabular Format):表格法使用二分法和局部線性插值來找到表格量的值。

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

該文本文件可以是任何以制表符(或空格)分隔的文件，并且必須包含以下條目：

a. 第1行-表的名稱。名稱不包含空格，長度不超過128個字符。例如，Default-Skjaevland-Model和Default_Skjaevland_Model是可接受的名稱。

b. 第2行-表輸入數(shù)據(jù)的列名(上面例子中的Sw和Pc)。

c. 第3行和所有連續(xù)行-數(shù)據(jù)點。請注意，雖然沒有對行和列的數(shù)量進行限制，但是文件應(yīng)該相對較小(最多幾百個數(shù)據(jù)點)

d. 表中的每一行必須以換行符或回車符結(jié)束，行最后一項后面不能有空格或制表符。

e. 必須提供足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點，以便為內(nèi)插的變量獲得有意義的結(jié)果。所要插值的數(shù)據(jù)必須在第一行和最后一行數(shù)據(jù)之間。

 

f. 如何導(dǎo)入數(shù)據(jù)

User-Defined → User-Defined → Read Table

 

 

加載文件后，表的名稱、表的屬性，比如表的類型和行和列的數(shù)量，都顯示在Info字段中。

 

g. 與本地存儲的文件不同，這些表一旦被讀入，就會作為Fluent case文件的一部分被寫出來。不必維護表的本地副本。

 

⑤　如果選擇空化、蒸發(fā)-冷凝或沸騰，從From phase（源相）中選擇的相必須是液體，To phase必須是蒸汽。如果是組分輸運模型模擬相變問題，且其中一相是氣體，則必須設(shè)置To phase為氣體。

 

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