【Fluent案例】：沸腾

【Fluent案例】：沸腾
1 介绍
本案例的利用Mixture多相流模型以及Evaporation-Condensation模型解决传热与传质问题。

本教程包含的内容：
∙使用Mixture多相流模型解决混合多相流问题
∙使用蒸发-冷凝模型（Evaporation-Condensation模型）
∙选择合适的求解设置
∙结果数据后处理
2 案例描述
本教程要解决的问题如下图所示。

初始状态下，容器中包含有温度接近沸点的水（温度372K），容器底部温度573K，在热传导的作用下，底部壁面附近温度会超过水的饱和温度（373K），此时水会发生相变（沸腾）产生气泡，在浮力的作用下气泡会上升。

3 启动Fluent
∙启动Fluent
∙选择2D及Double Precision
∙选择OK按钮启动Fluent
4 读入网格
∙利用菜单File → Read → Mesh…读入网格文件Boil.msh
5 General设置
∙选择模型树节点General
∙点击Scale按钮查看计算域尺寸
∙点击Check按钮检查网格质量
∙可点击Display按钮查看网格
6 Multiphase设置
这里选用Mixture多相流模型。

∙双击模型树节点Models > Multiphase，弹出多相流设置对话框∙选择Mixture多相流模型
∙设置Number of Eulerian Phases为2
∙激活选项Implicit Body Force
∙点击OK按钮关闭对话框
注：若计算域中某一相的运动主要受浮力或重力影响的话，则建议激活选项Implicit Body Force。

7 能量方程
∙右键选择模型树节点Models > Energy，选择弹出子菜单On
8 Materials设置
从材料数据库中添加材料water-liquid及water-vapor，并修改参数。

∙右键点击模型树节点Materials > Fluid，选择子菜单New…打开新建材料对话框
∙设置Name为water-liquid
∙设置viscosity为0.0009
∙设置Molecular Weight为18.0152
∙设置Standard State Enthalpy为0
∙其他参数保持默认设置，点击按钮Change/Create修改并创建材料
同样的方法创建第二种材料water-vapor，也可以直接从材料数据库中提取。

修改其材料参数：
∙设置Density为0.5542 kg/m3
∙设置Cp为2014j/kg-K
∙设置Thermal Conductivity为0.0261
∙设置Viscosity为1.34e-5
∙设置Molecular Weight为18.0152
∙设置Standard State Enthalpy为2.992325e7
∙设置Reference Temperature为298.15K
∙点击按钮Change/Create修改并创建材料
9 设置Phase
设置液态水为主相，水蒸气为第二相。

∙鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phaes > Phase-1-Primary Phase，弹出主相设置对话框
∙设置Phase Material为water-liquid，修改Name为liquid，点击OK按钮关闭对话框
∙鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phaes > Phase-2-Secondary Phase，弹出第二相设置对话框
∙设置Name为vapor，设置Phase Material为water-vapor，设置Diameter为0.0002 m ∙点击OK按钮关闭对话框
10 设置相间作用
∙双击模型树节点Models > Multiphase > Phase Interactions，弹出相间相互作用设置对话框
∙在弹出的对话框中，切换至mass标签页
∙设置Number of Mass Transfer Mechanisms为1
∙设置From Phase为liquid
∙设置To Phase为vapor
∙选择Mechanism为evaporation-condensation
选择蒸发-冷凝模型后，会弹出模型参数设置对话框，这里保持默认设置即可。

11 Boundary Conditons设置
11.1 设置出口边界
∙双击模型树节点Boundary > poutlet ，弹出边界条件设置对话框
∙切换至Thermal标签页
∙设置Backflow Total Temperature为372 K
∙双击模型树节点Boundary > poutlet > vapor ，弹出边界条件设置对话框∙切换至Multiphase标签页，设置Backflow Volume Fraction为0
∙点击OK按钮关闭对话框
11.2 wall-hot设置
∙双击模型树节点Boundary > wall-hot，弹出边界条件设置对话框∙切换至Thermal标签页，设置Thermal Conditons为Temperature ∙设置Temperature为573 K
∙点击OK按钮关闭对话框
其他边界保持默认设置。

12 Operating Conodtions
∙双击模型树节点Boudnary Conditons
∙点击右侧面板中按钮Operating Conditons
∙激活选择Gravity，设置重力加速度为Y方向-9.81∙激活选项Specified Operating Density为0.5542∙点击OK按钮关闭对话框
13 Solution Methods
∙双击模型树节点Solution > Methods
∙设置Gradient为Green-Gauss Cell Based
∙设置Pressure为Body Force Weighted
∙其他模型均采用QUIDK格式
14 Solution Controls
∙双击模型树节点Solution > Methods ∙设置Pressure为** 0.5**
∙设置Momentum为0.2
∙设置Volume Fraction为0.4
15 初始化
15.1 全域初始化
∙双击模型树节点Initialization
∙右侧面板中设置Temperature为372 K ∙点击按钮Initialize进行初始化
15.2 Adapt区域
∙选择工具栏按钮Adapt > Mark/Adapt Cells > Boundary ∙在Boundary Zones列表中选择列表项wall-hot
∙点击按钮Mark进行标记
15.3 Patch区域
∙双击模型树节点Initializations，点击右侧面板中按钮Patch
∙设置前面标记的边界温度为373.15 K，如下图所示顺序进行设置
16 设置自动保存
∙双击模型树节点Solution > Calculation Activities > Autosave ∙设置Save Data File Every为100
可以设置监控动画，不过建议在专业后处理软件中进行动画输出。

17 计算
∙双击模型树节点Run Calculation
∙设置Time Step Size为0.01 s
∙设置Number of Time Steps为1000
∙点击按钮Calculate进行计算
18 计算结果
计算需要较长时间，这里没有时间算。

3s时刻液体速度
∙3s时刻水蒸气体积分数
∙3s时刻温度分布。