Fluent蒸發(fā)冷凝的案例
十三、FLUENT蒸發(fā)/冷凝模型
很多同學(xué)要研究的問題涉及到相變，如蒸發(fā)冷凝問題。對于冷凝，當(dāng)溫度低于當(dāng)前蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度時就會發(fā)生凝結(jié)。對于蒸發(fā)，蒸發(fā)可以在任何溫度下進行。Fluent自帶有蒸發(fā)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(dāng)然可以通過UDF使飽和溫度改變來模擬蒸發(fā)問題。
本例用一個簡單的例子來簡要描述Fluent蒸發(fā)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(nèi)初始充滿0.9m深的水。
2 導(dǎo)入網(wǎng)格
打開fluent，導(dǎo)入上步生成的網(wǎng)格模型。Scale檢查網(wǎng)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(shè)置求解器
選擇壓力基(pressure-based)求解器，同時選擇瞬態(tài)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(shè)置重力加速度為重力加速度為y方向，大小-9.81m/s2。
4 設(shè)置計算模型
添加多相流模型為VOF模型，設(shè)置歐拉相數(shù)量為2。這里如果想要產(chǎn)生氣泡，需要設(shè)置為VOF模型，如果設(shè)置了Mixture模型，氣液界面不明顯，無法產(chǎn)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(shè)置
添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料屬性。
展開 三十、Fluent兩種蒸發(fā)-冷凝模型理論及設(shè)置
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。
展開 液滴蒸發(fā)fluent模擬
Fluent(axi, dp, pbns, eulerian, spe, lam, transient) 傳熱模型: constant-htc: 10000 傳質(zhì)模型: species-mass-transfer, Mass Transfer Coefficient: From Phase: 0.05, To Phase: 0.5 從Youtube上看到的一個案例，自己試了試復(fù)現(xiàn)了下，用的fluent蒸發(fā)冷凝模型
fluent利用蒸發(fā)/冷凝模型模擬沸騰
圖7 設(shè)置主相
圖8 設(shè)置第二相
定義相間作用，即定義蒸發(fā)/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(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，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(rèn)設(shè)置即可。
圖9 選擇蒸發(fā)/冷凝模型
圖10 設(shè)置蒸發(fā)模型
[轉(zhuǎn)載]Fluent中的蒸發(fā)/冷凝模型實例
[本例改編自fluent官方教程]
FLUENT中帶有蒸發(fā)/冷凝模型，可以用于蒸發(fā)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(nèi)初始充滿0.9m深的水。劃分網(wǎng)格如圖2所示。
2 導(dǎo)入網(wǎng)格
打開fluent，導(dǎo)入上步生成的網(wǎng)格模型。Scale檢查網(wǎng)格尺寸。如圖3所示。
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(shè)置求解器
選擇壓力基(pressure-based)求解器，同時選擇瞬態(tài)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(shè)置重力加速度為重力加速度為y方向，大小-9.81m/s2。如圖4所示設(shè)置。
圖4 設(shè)置求解器
4 設(shè)置計算模型
添加多相流模型為mixture模型，勾選slip velocity及implicit body force，設(shè)置歐拉相數(shù)量為2。如圖5所示。
激活能量方程。如圖6所示。
此例為層流流動，不激活湍流模型。
5 材料設(shè)置
添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料屬性。
Water-liquid屬性：
Density：1000kg/m3
Viscosity：0.0009kg/m-s
Standard state enthalpy：0 j/kgmol
Reference temperature：298k
其他采用默認(rèn)屬性。
展開 HTFS冷凝器蒸發(fā)器設(shè)計
干式蒸發(fā)器設(shè)計與校核
I.系統(tǒng)參數(shù)確定
利用SolKane對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)計：
輸入蒸發(fā)溫度、冷凝溫度，過熱度設(shè)定為4℃，過熱度太大，會引起蒸發(fā)器設(shè)計面積過大；蒸發(fā)器壓降設(shè)定為0.5bar，過冷度設(shè)定在2.0℃，冷凝器壓降為0.3bar。
II.HTFS設(shè)計
1.Problem Definition項目定義 ⑴Application Options-應(yīng)用選型
冷側(cè)與熱側(cè)的Application應(yīng)用會自動根據(jù)后面的過程參數(shù)中進出口干度調(diào)整，在選擇時可保持默認(rèn)狀態(tài)。
⑵Process Data-過程參數(shù)
對于冷凝器和蒸發(fā)器來說，因管內(nèi)外傳熱系數(shù)均很大，所以污垢系數(shù)對換熱器的面積影響非常大。
2.Property Data-物性參數(shù)
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(fù)荷為0.4524Kw/m。
總管長=負(fù)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(zhì)量流量，對于12mm管型，R22制冷劑，其最佳截面質(zhì)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(shù)=質(zhì)量流量(kg/s)÷250(kg/s.m2)÷0.000095m2 管長選擇：
標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)徑的20%~100%。 折流板切口率： 20%~35%。
修正系數(shù)：
阻力因子fDarcy = C*Re-D
傳熱系數(shù)hi = (k/Di nom.)
展開 star ccm液膜蒸發(fā)冷凝，組分發(fā)散
使用液膜蒸發(fā)冷凝模型+多相相互作用模擬一個封閉矩形空腔內(nèi)的水蒸氣冷凝過程，環(huán)境溫度下降導(dǎo)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(fā)生，組分air和h2o的殘差就特別大？時間步長取的0.01s，內(nèi)迭代多少步都沒用，希望答疑解惑可支付50元報酬
三十四、Fluent液體噴霧蒸發(fā)模擬
概念
液體噴霧蒸發(fā)現(xiàn)象是生活中常見到的一種現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)，對Fluent進行設(shè)置可模擬這類現(xiàn)象。
2. 模型描述
本案例模擬甲醇在鼓風(fēng)霧化器中的霧化，甲醇在被引入鼓風(fēng)霧化器之前被冷卻到-10℃。霧化器中有一股環(huán)形旋轉(zhuǎn)的氣流。同時為了簡化模型，本模型使用了旋轉(zhuǎn)周期性網(wǎng)格，只畫了1/12即30°的模型。
3. 基本設(shè)置
3.1 導(dǎo)入網(wǎng)格：
使用Fluent軟件打開Chapter34.msh.gz網(wǎng)格文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。
3.2 修改模型尺寸
本案例模型尺寸保持默認(rèn)即可，關(guān)于scale mesh詳細(xì)設(shè)置查看Chapter31 Fluent空化模型
3.3 求解器設(shè)置
基于壓力求解器，穩(wěn)態(tài)設(shè)置
4. 設(shè)置計算模型
4.1 能量方程
打開能量方程
4.2 湍流模型設(shè)置
4.3 組分輸運模型
打開組分輸運模型，將mixture material更改為methyl-alcohol-air（甲醇空氣混合物）
注：默認(rèn)情況下這里的材料為mixture-template，想要出現(xiàn)methyl-alcohol-air需要在material面板下進行設(shè)置。設(shè)置好后此處才可選擇methyl-alcohol-air
5. 材料設(shè)置
5.1 添加methyl-alcohol-air材料
Materials-Mixture
在Materials下，單擊Mixture...
展開 Fluent專家-udf-1 (液體的蒸發(fā)相變模擬)
evaporation and condensation.rar
液體水-水蒸汽udf.txt
watervapor.c.txt
wb.rar
wb11.rar
Fluent專家-udf-1
(液體的蒸發(fā)相變模擬)
案例簡介
本案例對二維容器內(nèi)水的蒸發(fā)相變過程進行模擬分析，容器底部被持續(xù)加熱，容器內(nèi)裝滿水，液面為自由液面，與底部接觸的水蒸發(fā)形成水蒸汽氣泡，并逐漸上竄至液面逸出，屬于動態(tài)變化過程。
本案例通過udf來定義了水與水蒸汽之間的轉(zhuǎn)換。
Fluent仿真實例 – DPM模型仿真噴淋水滴在熱空氣管道中蒸發(fā)
管中分布著水滴噴入器，在管中，水滴將會被熱空氣加熱蒸發(fā)相變?yōu)樗魵猓旱巍⑺魵夂蜔峥諝庖黄鸹旌蠌某隹诹鞒觥?CFD仿真思路：
先求解沒有液滴的流場；
啟動DPM模型+Species模型仿真液滴以及蒸發(fā)問題。
1、啟動軟件并導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D雙精度求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格，網(wǎng)格文件在文章底部有下載鏈接。
2、模型設(shè)置
2.1 啟動能量方程。
2.2 湍流模型。
2.3 啟動組分傳輸模型Species Model。當(dāng)設(shè)置后點擊會彈出一個information確認(rèn)框，點擊ok確定即可。
2.4 設(shè)置離散型DPM模型。
3、材料設(shè)置
對于本工況，空氣、水、O2和N2保留默認(rèn)設(shè)置。
4、邊界條件
4.1 進口邊界，設(shè)置進口速度為16 m/s，設(shè)置進口溫度為900K，設(shè)置物料組分O2為0.23。
4.2 出口邊界，設(shè)置物料組分O2為0.23。
5、操作條件
6、設(shè)置水滴噴射點。
6.1 噴射點0，操作Dedine -> Injections…
點擊Create按鈕后，彈出設(shè)置框。
在Turbulent Dispersion按鈕，設(shè)置Discrete Random Walk Model。
6.2 建立噴射點1。噴射點1只是在噴射點0的基礎(chǔ)上，只修改噴射位置而已，所以操作上只需要copy噴射點0，然后修改位置即可。
6.3 copy噴射點1，建立其它7個噴射點，噴射點的位置如下列表，同時Total Flow Rate設(shè)置為0.003。
7、求解設(shè)置
7.1 離散方案和收斂殘差保持默認(rèn)。
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