【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。