兩相流蒸發冷凝
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兩相流蒸發冷凝的視頻教程
fluent 冷凝 蒸發 udf 講解
1、講解了vof模型基本原理； 2、講解了蒸發冷凝實現方法和原理； 3、講解了蒸發冷凝fluent設置方法； 4、講解了蒸發冷凝udf編寫方法和含義
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兩相流蒸發冷凝的實例教程
作品名稱：氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設計高級系統工程師
關鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設計優化
作者說
Ansys Fluent提供多種多相流模型，如VOF模型、混合物模型、歐拉模型等，可用于模擬氣液兩相流蒸發冷凝相變現象。綜合考慮軟件功能豐富性、模型自定義的可行性、以及學術研究中使用的廣泛性，Ansys Fluent很適合作為氣液兩相流仿真的研究工具。
對六種不同蒸發流道的仿真結果顯示，優化方案對比無流道可提升蒸發量29%
熱管、VC等兩相散熱部件在各類電子產品中應用廣泛，是解決局部高熱流密度散熱問題的重要方案。兩相部件內傳熱傳質機理復雜，當前業界主要通過打樣實測的方式研究，缺乏有效的仿真正向設計方法。本研究梳理了兩相流仿真技術的情況，基于Ansys Fluent VOF+Lee模型的方法建立了正向設計能力，開展重力熱管、蒸發流道、3D散熱器的仿真實踐，仿真精度達到80%以上，指導了散熱器的設計優化，具有良好的工程價值。此外，本研究思考并提出未來氣液兩相流仿真的發展方向，為行業提供了參考。
挑戰/需求
芯片功率密度不斷升高，散熱成為瓶頸。兩相散熱憑借超高換熱能力，成為關鍵技術方案之一。目前在通訊電子產品中，熱管、VC、3DVC等利用工質蒸發冷凝兩相流動進行高效換熱的散熱部件的應用越來越廣泛，形態越來越復雜，為了得到性能更佳的散熱器，需要對氣液流動和換熱的現象和機理有更深的了解，仿真正向設計的重要性因此凸顯。
展開 圖7 設置主相
圖8 設置第二相
定義相間作用，即定義蒸發/冷凝模型。點擊interaction按鈕進入如圖9所示對話框。選擇from phase為liquid，選擇to phase為vapor，即為由液態轉化為氣態，選擇模型為evaproation-condensation。此時彈出模型定義對話框，如圖10所示。這里采用默認設置即可。
圖9 選擇蒸發/冷凝模型
圖10 設置蒸發模型
很多同學要研究的問題涉及到相變，如蒸發冷凝問題。對于冷凝，當溫度低于當前蒸汽壓力對應的飽和溫度時就會發生凝結。對于蒸發，蒸發可以在任何溫度下進行。Fluent自帶有蒸發冷凝模型，確切點說，Fluent自帶的相變模型更適用于沸騰和冷凝，其飽和溫度是一個定值，當然可以通過UDF使飽和溫度改變來模擬蒸發問題。
本例用一個簡單的例子來簡要描述Fluent蒸發冷凝模型的使用方法。
1 模型描述
本例的模型較為簡單，如圖所示。計算域高1m，寬0.2m。頂部邊界為壓力出口，底部有一高溫壁面hot_wall，溫度570K，其他壁面wall為絕熱邊界。計算域內初始充滿0.9m深的水。
2 導入網格
打開fluent，導入上步生成的網格模型。Scale檢查網格尺寸。
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 設置求解器
選擇壓力基(pressure-based)求解器，同時選擇瞬態模擬。由于水沸騰時水蒸氣會在浮力作用下向出口運動，因此考慮重力。設置重力加速度為重力加速度為y方向，大小-9.81m/s2。
4 設置計算模型
添加多相流模型為VOF模型，設置歐拉相數量為2。這里如果想要產生氣泡，需要設置為VOF模型，如果設置了Mixture模型，氣液界面不明顯，無法產生氣泡。
激活能量方程。
此例為層流流動，不激活湍流模型。
5 材料設置
添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料屬性。
展開 干式蒸發器設計與校核
I.系統參數確定
利用SolKane對系統參數進行設計：
輸入蒸發溫度、冷凝溫度，過熱度設定為4℃，過熱度太大，會引起蒸發器設計面積過大；蒸發器壓降設定為0.5bar，過冷度設定在2.0℃，冷凝器壓降為0.3bar。
II.HTFS設計
1.Problem Definition項目定義 ⑴Application Options-應用選型
冷側與熱側的Application應用會自動根據后面的過程參數中進出口干度調整，在選擇時可保持默認狀態。
⑵Process Data-過程參數
對于冷凝器和蒸發器來說，因管內外傳熱系數均很大，所以污垢系數對換熱器的面積影響非常大。
2.Property Data-物性參數
換熱面積初步確定：（管型為12mm×0.5-實際厚度）
熱流密度按12Kw/m2計算，單位管長面積為0.0377m2/m，即單位管長負荷為0.4524Kw/m。
總管長=負荷(kw)÷0.4524(kw/m) 管程布局：
單管流通截面積為0.000095m2，通過Solkane可知其質量流量，對于12mm管型，R22制冷劑，其最佳截面質量流量為250kg/s.m2左右，建議范圍為200<m<300 kg/s.m2。
每流程管數=質量流量(kg/s)÷250(kg/s.m2)÷0.000095m2 管長選擇：
標準管長為 2100；2400；2700；3300；3600 管間距： 管間距≥16mm 折流板間距：
折流板間距為殼體內徑的20%~100%。 折流板切口率： 20%~35%。
修正系數：
阻力因子fDarcy = C*Re-D
傳熱系數hi = (k/Di nom.)
展開 圖7 設置主相
圖8 設置第二相
定義相間作用，即定義蒸發/冷凝模型。點擊interaction按鈕進入如圖9所示對話框。選擇from phase為liquid，選擇to phase為vapor，即為由液態轉化為氣態，選擇模型為evaproation-condensation。此時彈出模型定義對話框，如圖10所示。這里采用默認設置即可。
圖9 選擇蒸發/冷凝模型
圖10 設置蒸發模型
7 設置邊界條件
本例的邊界條件較為簡單。
Outlet：采用壓力出口，設置出口蒸氣含量100%，溫度372K
Walls：設置為絕熱邊界。設置heat flux為0
Hot wall：設置temperature為570K
設置operating conditions如圖11所示。
圖11 operation condition
設置參考密度為氣相密度0.5542。
8 求解方法
設置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面板中設置亞松弛因子。設置pressurewie為0.5，momentum為0.2,volume fration為0.2。
9 初始化
初始化時設置temperature為372K。
需要patch兩個區域：
1、與hotwall相鄰網格節點。由于hotwall溫度高達570K，超出水的沸點373.15K，因此需要adapt出hotwall邊界相鄰節點區域，設置其溫度為373.15K。
2、Patch出初始水位。由于初始狀態下計算域中有深0.9m的水，因此需要通過patch將其標記出來。
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作品名稱：氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設計高級系統工程師
關鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設計優化
作者說
Ansys Fluent提供多種多相流模型，如VOF模型、混合物模型、歐拉模型等，可用于模擬氣液兩相流蒸發冷凝相變現象。
使用液膜蒸發冷凝模型+多相相互作用模擬一個封閉矩形空腔內的水蒸氣冷凝過程，環境溫度下降導致矩形外殼降溫，會使飽和水蒸氣在液膜上冷凝，但是冷凝一發生，組分air和h2o的殘差就特別大？時間步長取的0.01s，內迭代多少步都沒用，希望答疑解惑可支付50元報酬
1．蒸發冷凝模型理論
Fluent提供了兩種蒸發冷凝模型，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
很多同學要研究的問題涉及到相變，如蒸發冷凝問題。對于冷凝，當溫度低于當前蒸汽壓力對應的飽和溫度時就會發生凝結。對于蒸發，蒸發可以在任何溫度下進行。Fluent自帶有蒸發冷凝模型，確切點說，Fluent自帶的相變模型更適用于沸騰和冷凝，其飽和溫度是一個定值，當然可以通過UDF使飽和溫度改變來模擬蒸發問題。
本例用一個簡單的例子來簡要描述Fluent蒸發冷凝模型的使用方法。
1 模型描述
[本例改編自fluent官方教程]
FLUENT中帶有蒸發/冷凝模型，可以用于蒸發與冷凝模擬。本例用一個簡單的例子來簡要描述該模型的使用方法。
1 模型描述
本例的模型較為簡單，如圖1所示。計算域高1m，寬0.2m。頂部邊界為壓力出口，底部有一高溫壁面hotwall，溫度570K，其他壁面wall為絕熱邊界。計算域內初始充滿0.9m深的水。劃分網格如圖2所示。
2 導入網格
打開fluent
干式蒸發器設計與校核
I.系統參數確定
利用SolKane對系統參數進行設計：
輸入蒸發溫度、冷凝溫度，過熱度設定為4℃，過熱度太大，會引起蒸發器設計面積過大；蒸發器壓降設定為0.5bar，過冷度設定在2.0℃，冷凝器壓降為0.3bar。
II.HTFS設計
1.Problem Definition項目定義 ⑴Application Options-應用選型
冷側與熱側的
[p=21, 2, left][本例改編自fluent官方教程][/p]FLUENT中帶有蒸發/冷凝模型，可以用于蒸發與冷凝模擬。本例用一個簡單的例子來簡要描述該模型的使用方法。
1 模型描述本例的模型較為簡單，如圖1所示。計算域高1m，寬0.2m。頂部邊界為壓力出口，底部有一高溫壁面hotwall，溫度570K，其他壁面wall為絕熱邊界。計算域內初始充滿0.9m深的水。劃分網格如圖2所示。
