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1、學(xué)會基本的VOF模型設(shè)置流程

2、學(xué)會利用蒸發(fā)-冷凝模型來模擬傳熱沸騰

目錄

1摘要4

2傳熱沸騰模型介紹4

3前處理4

4求解設(shè)置5

4.1啟動Fluent5

4.2網(wǎng)格縮放6

4.3求解器設(shè)置7

4.4多相流模型設(shè)置8

4.5能量方程求解設(shè)置9

4.6紊流模型設(shè)置10

4.7添加材料11

4.8多相流中相設(shè)置12

4.9操作條件設(shè)置14

4.10邊界條件設(shè)置15

4.10.1heatsource邊界條件設(shè)置15

4.10.2wall_surface邊界條件設(shè)置17

4.10.3top邊界條件設(shè)置18

4.11求解方法設(shè)置19

4.12流場初始化21

4.13計算自動保存設(shè)置24

4.14求解25

5后處理26

5.1迭代殘差曲線26

5.2云圖顯示26

5.2.1創(chuàng)建x=0平面26

5.2.2體積分?jǐn)?shù)云圖27

5.2.3速度分布云圖29

5.2.4密度分布云圖31

5.3矢量圖顯示33

6結(jié)論35

1摘要

沸騰傳熱是熱量從壁面?zhèn)鹘o液體，使液體沸騰氣化到對流傳熱過程。本算例將演示如何用Fluent中的VOF模型和蒸發(fā)-冷凝模型來模擬傳熱沸騰。

2傳熱沸騰模型介紹

圖 1是傳熱沸騰模型三維示意圖。容器為圓柱體，圓柱高40cm，底面直徑為16cm，底部受熱區(qū)域為圓形，圓心位置與圓柱底面圓心重合，直徑為5cm。

3 前處理

在DesignModeler中建立模型，然后在Ansys Meshing中劃分網(wǎng)格。圓柱底部受熱區(qū)域為heatsource，類型為wall；底部其他區(qū)域以及圓柱側(cè)面為wall_surface，類型為wall；圓柱頂面為top，類型為pressure_outlet。模型網(wǎng)格劃分如圖 2所示。

4 求解設(shè)置

4.1啟動Fluent

啟動Fulent，將Dimension設(shè)置為3D，如圖 3所示。

4.2 網(wǎng)格縮放

在DesignModeler中建模時默認(rèn)采用m作為單位。為了進(jìn)一步確保模型尺寸設(shè)置正確，建議打開scale來檢查模型尺寸設(shè)置是否正確。如果不正確，通過設(shè)置縮放因子來設(shè)置。網(wǎng)格縮放設(shè)置如圖 4所示。

4.3 求解器設(shè)置

將Solver Type設(shè)置為Pressure-Based，Solver Time設(shè)置為Transient，并勾選Gravity，設(shè)置x方向和y方向重力加速度為0，z方向重力加速度為-9.81m/s2。如圖 5所示。

4.4 多相流模型設(shè)置

打開模型樹中的【Model】→【Multiphase】，MultiphaseModel選用Volume of Fluid模型，Number of Eulerian Phases設(shè)置為3。其他設(shè)置保持默認(rèn)。如圖 6所示。

4.5 能量方程求解設(shè)置

打開模型樹中的【Model】→【Energy】，勾選Energy Equation。如圖 7所示。

4.6 紊流模型設(shè)置

打開模型樹中的【Model】→【Viscous】選擇k-epsilon模型，其余保持默認(rèn)，設(shè)置如圖 8所示。

4.7 添加材料

雙擊模型樹中的【Materials】，在彈出的對話框右側(cè)選擇【Fluent database】，在Fluent Database Materials對話框中找到water-liquid，water-vapor項，單擊下方copy選項。

4.8 多相流中相設(shè)置

打開模型樹中的【Models】→【Multiphase】→【Phases】，設(shè)置Primary Phase的名稱為air，材料為air，Secondary Phase的名稱為water-liq，材料為water-liquid, Secondary Phase的名稱為water-vap，材料為water-vapor。如圖 10所示。

打開模型樹中的【Models】→【Multiphase】→【Phase Interactions】，選擇Mass選項卡，F(xiàn)rom Phase設(shè)置為water-liq，ToPhase設(shè)置為water-vap，Mechanism設(shè)置為evaporation-condensation。如圖11所示。單擊Edit，在彈出的Evaporation-Condensation Model對話框中設(shè)置Evaporation Frequency為0.2，Condensation Frequency為0.1，其他選項保持默認(rèn)，如圖 12所示。

4.9 操作條件設(shè)置

雙擊【Cell-Zone-Conditions】，點(diǎn)擊Operating-Conditions。OperatingPressure保留默認(rèn)值（國際標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值）。設(shè)置ReferencePressureLocation為x=0m，y=0m，z=0m。勾選Specified Operating Density，設(shè)置Operating Density為0.5542。如圖 13所示。

4.10 邊界條件設(shè)置

4.10.1heatsource邊界條件設(shè)置

雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的heatsource，Momentum選項卡中設(shè)置保持默認(rèn)，如圖 14所示；Thermal選項卡中Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature設(shè)置為1873.15，其余選項保持默認(rèn)。如圖 15所示

4.10.2 wall_surface邊界條件設(shè)置

雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的heatsource，Momentum選項卡中設(shè)置保持默認(rèn)，如圖 16所示；Thermal選項卡中Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature設(shè)置為1873.15，其余選項保持默認(rèn)。如圖 17所示

4.10.3 top邊界條件設(shè)置

雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的top，在下方的TYPE中選擇為Pressure outlet。Momentum選項卡中設(shè)置保持默認(rèn)，如圖 18所示；Thermal選項卡中設(shè)置保持默認(rèn)，如圖 19所示。

4.11 求解方法設(shè)置

打開模型樹中【Solution】→【Methods】，將Scheme選擇為PISO算法，其他選項保持默認(rèn)。如圖 20所示。

4.12 流場初始化

雙擊【Initialization】，將默認(rèn)的Hybrid-Initialization改為Standard Initialization，注意Initial Values中將water-liq Volume Fraction和water-vap Volume Fraction設(shè)置為0，單擊Initialize。如圖 22所示。

單擊SettingUpDomain工具欄選項卡中Adapt選項卡中的Mark/AdaptCells，在下拉菜單中選擇Region。首先設(shè)置XMin為-0.1，X Max為0.1，Y Min為-0.1，Y Max為0.1，Z Min為0，Z Max為0.2，單擊Mark。如圖 23所示。

雙擊【Initialization】，單擊Patch。Phase選擇water-liq，Variable選擇Volume Fraction，Registers to Patch中選中hexahedron-r0，然后將Value改為1，單擊Patch。如圖 24所示。

Phase選擇mixture，Variable選擇Temperature，Registers to Patch中選中hexahedron-r0，然后將Value改為365，單擊Patch。如圖 25所示。

4.13 計算自動保存設(shè)置

打開【CalculationActivities】→【Autosave】，設(shè)置Save Data File Every （Time Steps）為4，其余選項保持默認(rèn)。如圖 26所示。

4.14 求解

雙擊Run Calculation，設(shè)置Time Step Size為0.1，Number of Time Steps為1000，Time Stepping Method為Fixed，Max Iterations/Time Step為20。如圖 27所示。

5 后處理

5.1迭代殘差曲線

迭代殘差曲線如圖 28所示。

5.2 云圖顯示

5.2.1創(chuàng)建x=0平面

單擊Setting Up Domain工具欄選項卡中Surface選項卡中的Create->Iso-Surface，Surface of Constant選擇Mesh，X-Coordinate，Iso-Values設(shè)置為0，F(xiàn)rom Zones選擇fluid，New Surface Name為Plane-4。如圖 29所示。

5.2.2 體積分?jǐn)?shù)云圖

雙擊左側(cè)樹Results下的Contour，創(chuàng)建云圖，Contour-of選擇Phase的Volume fraction，Phase選擇water-vap，Options中勾選Filled，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 30所示。顯示結(jié)果如圖 31所示。

5.2.3 速度分布云圖

將Contour-of設(shè)置為Velocity的Velocity Magnitude，Phase為mixture，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 32所示。顯示結(jié)果如圖 33所示。

5.2.4 密度分布云圖

將Contour of 設(shè)置為Density的Density，Phase為mixture，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 34所示。顯示結(jié)果如圖 35所示。

5.3 矢量圖顯示

雙擊左側(cè)樹Vectors，如圖19所示，在Surface中選擇Plane-4，Vectors of選為Velocity，Scale設(shè)置為15，Skip設(shè)置為0，單擊Apply，如圖 36所示，結(jié)果如圖 37所示。

6 結(jié)論

本算例通過Fluent的VOF模型和蒸發(fā)-冷凝模型模擬了傳熱沸騰問題，結(jié)果表明該模擬能很好的模擬沸騰過程中水由液體轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的過程。有關(guān)模擬結(jié)果的進(jìn)一步對比分析可以根據(jù)傳熱學(xué)理論進(jìn)行，此處省略。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Fluent算例精选｜03利用VOF和蒸发-冷凝模型的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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