1、問題描述 本案例演示如何在 STAR-CCM+ 中設置沸騰問題。它模擬水流過加熱表面時沸騰的情況。水從左側邊界流入計算域(規定的速度和溫度分別為 1 m/s 和 350 K)。水從右側邊界流出(規定的溫度為大氣壓下 370 K)。假設底部邊界為一個固定溫度規定為 540 k 的壁面。所有其他邊界假定為絕熱的實心壁面。模型如下:![[案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF沸騰的圖1](https://img.jishulink.com/201907/imgs/df0d4ece4c0743e0aad859bab061e19d)
2、STAR-CCM+設置 (1)選擇物理模型;流體是湍流且問題涉及多相流體和沸騰。本案例需要兩種流體(水和水蒸氣)。但是,由于這些流體占據相同的域,所以僅需要一個連續體和一個區域即可設置模擬。物理模型的選擇如下:
(2)定義材料特性;在連續體continuum中,右鍵單擊Models > EulerianMultiphase > Eulerian Phases 節點,創建新相,把新相命名為H2O,在H2O節點選擇流體和恒密度兩種模型。同樣的方式創建氣相,并把其中的air替換為水蒸氣。
![[案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF沸騰的圖3](https://img.jishulink.com/201907/imgs/d0f2072cd3fe40f39fca17c878073e56)
(3)定義相間相互作用;定義液體和水蒸氣相之間的相互作用。分別將 H2O 相和 H2O (G) 相指定為初生相和次生相。使用多相交互作用模型可定義液體和蒸汽相之間的相互作用。右鍵單擊Models > MultiphaseInteraction > Phase Interactions,創建一個新相間相互作用。選擇相應的沸騰模型。因沸騰而產生的壁面熱通量是壁面邊界的高度非線性函數,其中壁面溫度是數值求解的一部分。例如,給定的熱通量壁面邊界或固液交界面。在這些情況下,為了改進收斂,可降低沸騰產生的熱通量的亞松馳因子值(Rohsenow 沸騰節點中的亞松馳因子屬性)。
![[案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF沸騰的圖4](https://img.jishulink.com/201907/imgs/3bee6e5f8b0d4d038f6d3ed5692a0538)
(4)設置邊界類型;流體域的邊界條件設置類型如下:
![[案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF沸騰的圖5](https://img.jishulink.com/201907/imgs/c7816cf6b6104f61bdfd1ca4d1e30b8f)
將底部的靜態溫度設置為540K,左側進口的溫度設置為350K,速度設置為1m/s,右側壓力設置為370K。
(5)由于本模擬是瞬態模擬,因此需要設置時間步、各時間步內允許的最大內部迭代次數以及獲得求解所用的總體物理時間。選擇Solvers> Implicit Unsteady節點,然后將時間步設為0.01 s。,將Maximum Physical Time設置為3s;分離流速度的亞松弛因子設置為0.8;
(6)運行模擬;計算結果如下:
水蒸汽的組分分布
![[案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF沸騰的圖7](https://img.jishulink.com/201907/imgs/b0098d5ea5984958aad43e4799b8f4bb)
流體域溫度分布