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Fluent蒸发冷凝(Lee相变模型)仿真分析

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发表时间:2025-09-10 11:46
1. 概述
本文通过一个具体案例,进行Fluent冷凝过程仿真分析介绍。
2. 问题描述
采用二维平面模型,计算流体经过冷壁面过程中的介质冷凝过程,计算模型如下图所示。入口速度1m/s,入口温度303K,出口压力为常压,出口温度为303K,中间冷壁面温度为293K。
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图1模型示意图
3. 分析设置
  • 采用瞬态分析,定义Y向加速度-9.8m/s。
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图2通用设置
  • 打开能量方程
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图3能量方程
  • 定义材料属性
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图4材料列表
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图5液体材料属性
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图6气体材料属性
  • 设置多相流模型
本例计算涉及相变过程,采用多相流进行计算,冷凝过程才有用Lee本构模型进行控制,具体设置如下。
  • 采用VOF多相流模型,采用显示算法,修改体积分数剪切数值为0,勾选体力。
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图7多相流模型设置
  • 将液体设置为主相
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图8主项设置
  • 设置气体为第二项
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图9第二项设置
  • 设置表面张力系数为0.00615N/m,同时设置表面张力模型。
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图10表面张力
  • 相变参数设置
  • 必须设置为从液相到气相,不然会报错。
  • 采用Lee模型进行相变控制,设置相变系数为50000(此数值为假设数值,需要根据实际项目需求进行标定,一般的取值范围为0.1至100W)。
  • 设置相变温度为303K
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图Lee模型
  • 修改材料属性
    • 液体
设置摩尔质量为102kg/mol
设置标准状态焓为0J/kgmol
设置参考温度为303K(参考温度为相变温度)
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图11液体材料属性修改
  • 气体
设置摩尔质量为102kg/mol
设置标准状态焓为16643J/kgmol
注:标准状态焓计算方法为摩尔质量乘以潜热数值,本例材料的摩尔质量为102kg/mol,潜热为163170J/kg,两者相乘得到标准状态焓为16643340 J/kgmol,本例计算为观察效果更明显,将标准状态焓缩小1000倍并取整。
设置参考温度为303K(参考温度为相变温度)
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图12气体材料属性修改
  • 入口速度
  • 设置入口速度为1m/s
  • 入口温度为303K
  • 入口气体体积含量为0
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图13入口速度定义
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图14入口温度定义
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图15入口气相体积分数定义
  • 压力出口
    • 设置出口压力为0Pa
    • 出口温度为303K
    • 出口气体体积含量为0
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图16出口压力定义
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图17出口温度定义
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图18出口体积分数定义
  • 壁面温度
  • 设置冷壁面温度为293K
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图19冷壁面温度定义
  • 初始化
采用标准初始化,选择从inlet确定参数。
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图20初始化
  • 求解
设置求解载荷步为1000,求解增量步为0.00025。
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图21求解设置
4. 结果
查看液体体积分数,在冷壁面底部进行汇集。
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图22液相体积分数
5. 注意事项
采用以上方法进行冷凝过程仿真分析时,不能计算含有不凝汽的问题,仅能计算单一气体问题(比如液相为水和气相水蒸气,气相空间不能包含空气等)。如需要计算含有不凝汽冷凝过程,需要配合UDF与组分传输模型才可以进行计算。


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