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FLUENT管道蒸汽冷凝模拟

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  • 正文共: 989字 10图   预计阅读时间: 3分钟

1 前言

之前我们做过多个沸腾的案例,相变的方向为液体→气体,今天我们继续做一个相变案例,研究对象是管道内的蒸汽冷凝,同样采用Lee模型,本案例我们采用FLUENT自带的蒸发&冷凝模型,未采用UDF。从模拟的本质而言,冷凝模拟和沸腾模拟的操作完全一样,只不过在于边界条件设定的区别,沸腾壁面温度必须高于饱和温度,而冷凝壁面温度则低于饱和温度。但是有研究表明,Lee模型模拟冷凝现象,需要很大的调节系数。同样地,调节系数是相变模拟的关键参数,通常需要根据试验结果来调整。笔者认为这是Lee模型的一个弱点,因为这个值影响沸腾过程的模拟结果,而沸腾过程的结果恰恰又是模拟的目标。
本案例我们以参考文献[1]为标的,尝试复现论文结果。

2 建模与网格

创建内径Φ0.05m,长度2m的圆管,划分六面体结构化网格。

3 边界条件与求解设置

按照参考文献的几个关键设置:
采用SST k-ω湍流模型。
入口为速度入口,5m/s,温度为饱和温度373.15K。
出口为压力出口,表压为0Pa.
壁面为恒温面,本案例选取了343.15K和293.15K两个工况。
介质物性参数如下
采用VOF多相流模型,主相为液体,次相为气体,不考虑表明张力。对于相变模拟,通常将from相设置为液态,to相设置为气态。注意,文献采用的时间格式是隐式,稳态计算,这种只有在仅关心稳态结果的场合中才会采用,通常情况下应用VOF模型都是采用显式格式,然后进行瞬态计算。文章提到液相体积分数的cut off值为4.5e-4,实际上现行版本的FLUENT不允许设置如此大的值。冷凝调节系数取100/s。

4 计算结果

稳态计算的迭代残差曲线非常差,即使调小亚松驰银子还是很差,特别是连续性方程,严格意义上讲,这种残差是不能够接受的。本案例暂且接受,至于论文的迭代结果如何就不得而知了。另外,本案例以能量和质量的守恒考量计算的收敛性。
距离入口0.5m、1m、1.5m和2m的液相体积分数云图和参考文献对比如下,趋势基本一致,但是文献并没有给出体积分数值。
最后,对比两个工况,距离入口0.5m、1m、1.5m和2m的蒸汽干度本案例计算值和参考文献计算值,差异不是很大。注意:干度的计算为蒸汽的质量流量除以总质量流量。
参考文献
[1] N.PADOIN, C.SOARES. CFD MODELING OF STEAM CONDENSATION IN INDUSTRIAL PIPES.

来源:仿真与工程
Fluent多相流UDF湍流试验管道
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首次发布时间:2024-11-07
最近编辑:1月前
余花生
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FLUENT加热器模型相似试验模拟

正文共: 769字 5图 预计阅读时间: 2分钟1 前言基于相似原理开展模型试验是装备开发的一个非常高效、经济的手段,之前我们做过一个换热器相似原理的模拟。彼时提到采用原型尺寸,换其他介质开展试验是不现实的,因为要同时满足一次侧和二次侧都要相似。但是,当有一侧不是采用流体介质时,问题就简单多了。今天,我们继续探讨一下这个问题,只有一侧是流体,另一侧为加热壁面,加热壁面分别考虑第一类边界条件(恒温)和第二类边界条件(恒热流密度)。2 建模与网格我们创建如下的二维加热器,长度1.0m,流道宽40mm,忽略壁厚的影响。划分四边形结构化网格,节点数5250,最小正交质量1.0。3 求解与讨论3.1第一类边界条件原型假设加热器的性能是按下列参数设置的计算结果,物性参数是基于定性温度的值(进出口平均温度)。注意由于雷诺数很小,按层流计算。3.2 第一类边界条件模型假设由于某种原因,无法采用原型的高温壁面开展试验,但是尺寸不缩放。假设有如下的介质,恰好很好地满足普朗特数相似。这种其实是很难的,因为物性参数本身就与温度相关,因此需要找到定性温度下的普朗特数和原型基本相等的介质。而雷诺数相似却较好实现,因为只需要调整流速即可。可用看到,雷诺数和普朗特数一致,则加热器的努塞尔数和阻力系数都相似,说明第一类边界条件下,原型和模型相似。3.3 第二类边界条件原型接下来,我们将第一类边界条件改为第二类边界条件,原型计算结果如下。3.4 第二类边界条件模型同样地,我们将模型的壁面边界条件改为第二类边界条件,结果如下,可用看出模型和原型的阻力系数和努塞尔数都相似,说明模型和原型是相似的。需要指出的是,案例的物性参数都是虚构的,理想化的,实际上物性参数随温度变化,模型和原型在雷诺数和普朗特数一定是有偏差的,但是只要相差不是很大,也认为是具有工程实用价值的。参考文献[1]杨世铭, 陶文铨. 传热学(第四版).来源:仿真与工程

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