FLUENT直接接触式换热器模拟之二

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1 前言

直接接触式换热器是一种高效的热能传递设备，其核心特点在于冷热流体直接混合接触进行热交换，完全省去了传统间壁式换热器中的固体传热壁面。这种设计消除了壁面热阻和污垢热阻，使得其传热效率极高，单位体积或单位面积的传热能力远大于间壁式换热器。常见的应用形式包括气液系统（如喷淋塔、填料塔用于气体冷却/加热、蒸汽冷凝、增湿/除湿）和液液系统（如搅拌混合罐）。它的工作原理主要依赖于两相流体的充分混合：一种流体被分散成液滴、气泡或薄膜（分散相），与另一种连续相流体在塔器或容器内逆流、并流或错流接触。巨大的、不断更新的相界面是高效传热的关键。其显著优势包括结构相对简单、成本较低、不易结垢、能处理含颗粒或易结垢流体、以及可利用相变潜热（如蒸汽直接接触冷凝）实现极高传热速率。然而，其应用也有严格限制：必须允许两种流体相互混合且不发生有害的化学反应或污染。流体间的互溶性、后续分离的难易程度以及允许的少量夹带是选型的关键考量。此外，流体力学行为（如气液系统中的液泛、压降）需要精确控制。尽管存在限制，在允许流体直接接触的工业场景（如电站冷却塔、化工吸收/解吸伴随传热、海水淡化、地热利用、冶金、食品加工等）中，直接接触式换热器凭借其卓越的效率和解决特殊工况的能力，是不可替代的重要选择。之前我们做一个简单的案例模拟了直接接触式换热器，彼时我们没有考虑相变，今天我们继续做一个案例，本案例考虑了高温空气与冷却水混合后的加湿过程。

2 建模与网格

创建如下的三维混合换热器，具有一定湿度的高温空气（水蒸气质量分数0.00842）从换热器底部进，从顶部出，冷水从中间进，底部出。划分多面体网格，节点数43.6万，最小正交质量0.43。

3 边界条件与求解设置

本案例需要同时用到多相流模型和组分输运模型，其中组分输运模型模拟的是空气的湿度变化，我们采用VOF两相流模型，液态水为主相，空气混合物为次相。同时，需要注意的是组分输运模型的混合物要和两相流的相对应上，空气混合物的组分顺序也要把水蒸气放在前面，因为本案例的UDF需要调用混合物的组分。

基本的设置：开启能量项、开启重力项，不再赘述。

热空气入口设置为速度入口，速度2m/s，温度100℃，组分为100%空气（其中水蒸气质量分数0.00842）。

冷水入口设置为速度入口，速度0.5m/s，温度25℃，组分为100%液态水。

热空气出口设置为压力出口，注意回流组分设置为100%空气，这个需要格外注意，如果误设置为液态水，则在迭代计算过程中若出现回流，可能造成计算发散。

冷水出口设置为压力出口，回流组分设置为100%液态水。

因为湿空气的湿度会随着换热的进行而发生变化，因此其露点温度是变化的，本案例我们采用UDF方法修改湿空气的露点温度，亦即两相流中液态水相变为空气混合物的水蒸气的饱和温度。该UDF代码与我们之前的案例（FLUENT湿空气冷凝模拟）是一致的，读者朋友可以从之前的案例获取，其他的一些设置参考也可以查看该案例。需要注意的是，经过多次调试该代码在本案例中无法用于干空气的加湿，也就是空气混合物的水蒸气质量分数不能太小甚至为零，否则无法收敛。

本案例我们将相变系数减小为0.001/s，不然很容易计算发散，当然这个值应该从实验获取，通常设置成较大值，则瞬态计算时间步长需要调小，否则容易发散，反之亦然。

为了获得较好的收敛解，本案例的亚松弛因子需做如下设置。

采用patch方法设置换热器内初始液位，这个设置很重要，我们没有必要把注水这个过程也模拟，对于给定流量，最终会有一个终了液位，此时入口流量和出口流量相等。

瞬态计算，时间步长0.0001s。

4 计算结果

由于计算非常缓慢，本案例并没有计算到稳态。

我们主要看一下出口的水蒸气摩尔分数变化情况，可以看出空气的湿度增加了。

我们看一下某个时刻的露点温度分布，湿空气的露点温度约在11℃附近，液态水的露点温度亦即该压力下的饱和温度。

再看一下计算域截面的水蒸气摩尔分数云图，水面上方附近的摩尔分数略高。

最后，我们看一下相变速率云图，显然相变发生在空气和液态水交界面处，因此这些区域的湿度也会如上图所述更高一点。

来源：仿真与工程

FLUENT根据自定义条件停止计算后继续计算（技巧分享）

正文共：368字4图预计阅读时间：1分钟1前言有时候，我们在做仿真计算时，可能想当关注的某个变量达到预设值时，就自动停止计算而不用人盯着。之前我们做过一个案例，今天我们继续做一个案例，分享一个技巧。2方法描述假设我们在软件自定义停止计算后想再次点击calculate计算，会发现始终跳出计算完成提示而无法继续计算，即使我们将commands语句和挂载的UDF都删除还是不行，似乎求解器被锁定了一样。经过数次尝试，我们发现这种情况必须使用Scheme语句来唤醒求解器继续计算，因为我们之前通过以下的语句将求解器置为stop状态了。(if(>(%rpgetvar'interruptflag)0)(set!mstop?#t))因此，我们通过以下的这个Scheme语句便可以重新启动计算，在TUI界面输入以下语句后再次点击calculate便可继续计算了。(set!mstop?#f)来源：仿真与工程