沸騰模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-06
沸騰模擬的視頻教程
基于mixture多相流模型的水沸騰模擬
fluent多項流nixture模型仿真基本通用流程； 詳細介紹fluent蒸發冷凝模型理論，參數設置過程與注意事項； meshing網格劃分過程； CFD-POST后處理過程； 提供源文件與答疑過程；
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沸騰模擬的實例教程
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</div><p class="ql-align-center"><strong>均勻加熱的平面壁與垂直流接觸的沸騰現象</strong></p><p class="ql-align-justify">本算例使用流體仿真軟件VirtualFlow對流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程進行模擬，與DEBORA試驗數據及NEPTUNE_CFD、ANSYS CFX模擬結果進行對比，驗證VirtualFlow軟件模擬計算壁面沸騰的可靠性。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><h1>模型介紹</h1><p class="ql-align-justify">該算例模擬了DEBORA試驗（參考文獻[1]）的過冷沸騰現象。</p><p class="ql-align-justify">流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程模型如圖1所示：進入垂直管道的湍流，直徑為0.0192米；流體從底部進入，其中入口段（1m）為絕熱；流體在流出絕熱出口段（0.5m）之前，將壁面熱通量邊界條件施加到管道中間的3.5m部分。對于穩態模擬，指定基于入口速度的邊界（零梯度）。在x坐標為4.5米的直徑上進行測量。采用不可壓縮模型、代數滑移兩相流模型進行模擬。
展開 壁面過冷沸騰是在特定的熱力學條件下，發生在固體壁面附近的沸騰現象。在核反應堆運行過程中，壁面過冷沸騰通常出現在熱流密度較高、熱流體與壁面之間的傳熱溫差較大的區域。壁面過冷沸騰的發生會導致壁面附近流體溫度驟降，產生大量汽泡。這些汽泡可能會迅速成長并逸出到主流流體中，從而導致流體的熱力學狀態和流動特性發生顯著變化。這些變化可能會對反應堆的運行產生重要影響。
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壁面沸騰物理現象及不同流型
為了確保核反應堆的安全和高效運行，在反應堆設計和運行過程中，需要對壁面過冷沸騰進行充分的評估和控制，以避免其對反應堆性能和安全產生不利影響。
均勻加熱的平面壁與垂直流接觸的沸騰現象
本算例使用流體仿真軟件VirtualFlow對流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程進行模擬，與DEBORA試驗數據及NEPTUNE_CFD、ANSYS CFX模擬結果進行對比，驗證VirtualFlow軟件模擬計算壁面沸騰的可靠性。
模型介紹
該算例模擬了DEBORA試驗（參考文獻[1]）的過冷沸騰現象。
流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程模型如圖1所示：進入垂直管道的湍流，直徑為0.0192米；流體從底部進入，其中入口段（1m）為絕熱；流體在流出絕熱出口段（0.5m）之前，將壁面熱通量邊界條件施加到管道中間的3.5m部分。
展開 水沸騰蒸發可以很好地幫助理解激光與材料作用過程中的金屬液體蒸發.
包含相場法和水平集法，可以很好地對比兩者之間的區別
通過comsol的層流、相場以及傳熱模塊模擬水在沸騰時氣泡的形成以及水液相與氣相之間的轉化
附加一個水滴低落案例，同樣是層流以及相場模塊方便大家學習
案例需要comsol6.0及以上版本
案例一，水沸騰
案例二 水滴滴落
[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。
圖1 計算域描述
圖2 網格模型
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。如圖3所示。
圖3 scale計算域
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。如圖4所示設置。
圖4 設置求解器
4 設置計算模型
添加多相流模型為mixture模型，勾選slip velocity及implicit body force，設置歐拉相數量為2。如圖5所示。
圖5 多相流模型選擇
圖6 能量方程
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 材料設置
添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料屬性。
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沸騰模擬的最新內容
壁面沸騰：通過 N 相均相模型、標準 k-epsilon 湍流模型和 RPI 壁面沸騰模型，成功模擬了對流沸騰現象，出口氣含率與試驗結果一致，且在多組算例中精度優于國外商用軟件。
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這些模型能夠精確模擬沸騰、冷凝、液面晃動等多相流現象，為反應堆的熱工設計、安全分析和性能優化提供支持。
例如，在壁面沸騰的模擬中，VirtualFlow采用N相均相模型和RPI模型，能夠準確預測出口氣含率，與實驗值吻合良好，相比其他軟件在精度上有較大提升。
可壓縮流體解決方案
針對可壓縮流體問題，積鼎科技的解決方案能夠有效模擬核反應堆中的空化、水錘等現象。
多 相 流
用于過冷沸騰的非平衡壁沸騰模型允許用戶模擬過渡沸騰和從壁到氣相的熱傳遞。非平衡壁沸騰模型提高了換熱器、散熱器和直接浸沒式冷卻系統熱性能的預測精度。
離散元法 （DEM）
擴展Edinburgh-Elasto-Plastic-Adhesion (EEPA) 模型已添加到我們的 DEM 功能中。
均勻加熱的平面壁與垂直流接觸的沸騰現象
本算例使用流體仿真軟件VirtualFlow對流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程進行模擬，與DEBORA試驗數據及NEPTUNE_CFD、ANSYS CFX模擬結果進行對比，驗證VirtualFlow軟件模擬計算壁面沸騰的可靠性。
模型介紹
該算例模擬了DEBORA試驗（參考文獻[1]）的過冷沸騰現象。
，與DEBORA試驗數據及NEPTUNE_CFD、ANSYS CFX模擬結果進行對比，驗證VirtualFlow軟件模擬計算壁面沸騰的可靠性。
使用控制體積技術進行數值模擬，用于模擬流動沸騰區域的模型是歐拉-歐拉多相模型。獲得的結果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內發生流動沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內電池的最高溫度。
使用控制體積技術進行數值模擬，用于模擬流動沸騰區域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內發生流動沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內電池的最高溫度。
通過comsol的層流、相場以及傳熱模塊模擬水在沸騰時氣泡的形成以及水液相與氣相之間的轉化
附加一個水滴低落案例，同樣是層流以及相場模塊方便大家學習
案例需要comsol6.0及以上版本
案例一，水沸騰
案例二 水滴滴落
廣義傳質模型（Beta）
新增的傳質模型：Hertz-Knudsen（Pressure form、Temperature form）、Interfacial Heat flux
二、歐拉多相流模型更新
RPI沸騰模型的沉浸式冷卻應用
沉浸冷卻環境中的壁面沸騰可使用RPI沸騰模型進行模擬
代數界面面積模型是從球形氣泡或液滴的表面積與體積之比得出的：
氣泡或液滴直徑為dp，使用歐拉多相模型時可用的代數模型是（后期是沸騰模擬，所以只介紹沸騰的）：
①：Ishii Model（僅沸騰流動）：僅在激活沸騰模型時才可用的Ishii模型也會修改粒子模型，并導致αp的分段線性函數，當αp接近1時，α的分段線性函數接近0。
在Fluent中，αprict選擇為0.25。
