流體-傳熱沸騰分析

1、ANSYS 教學(xué)算例集傳熱沸騰分析撰寫：審核：校對：2017 年 12 月 29 日目錄1摘要42傳熱沸騰模型介紹4前處理43求解設(shè)置54啟動Fluent54.14.2網(wǎng)格縮放64.3求解器設(shè)置7多相流模型設(shè)置84.4能量方程求解設(shè)置94.5紊流模型設(shè)置104.64.7添加材料114.8多相流中相設(shè)置12操作條件設(shè)置144.94.10 邊界條件設(shè)置15heatsource 邊界條件設(shè)置154.10.14.10.2wall_surface 邊界條件設(shè)置174.10.3top 邊界條件設(shè)置184.11 求解方法設(shè)置194.12 流場初始化214.13 計算自動保存設(shè)置244.14 求解255后處理

2、265.1迭代殘差曲線265.2云圖顯示265.2.1 創(chuàng)建 x=0 平面265.2.2 體積分數(shù)云圖275.2.3 速度分布云圖295.2.4 密度分布云圖315.3矢量圖顯示336結(jié)論351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。圖 1 容器沸騰模型三維示意圖3前處理在 DesignMer 中建立模型，然后在 Ansy

3、s 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pre劃分如圖 2 所示。re_outlet。模型網(wǎng)格圖 2 網(wǎng)格劃分圖4求解設(shè)置4.1 啟動 Fluent啟動Fulent，將 Dimen設(shè)置為 3D，如圖 3 所示。圖 3 Fluent 啟動設(shè)置4.2 網(wǎng)格縮放在 DesignMer 中建模時默認采用 m 作為。為了進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、圖 4 網(wǎng)格縮放設(shè)置4.3 求解器設(shè)置將Solver Type 設(shè)置為Prere-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。圖 5 求解器設(shè)置4.4 多相流模型設(shè)置打開模型樹中的【M】【Multiphase】，Multiphase M選用 Volumeof Fluid 模型，Number of Eulerian Phases 設(shè)置為 3。其他設(shè)置保持默認。如圖 6所示。圖 6 多相流模型設(shè)置4.5 能量方程求解設(shè)置打開模型樹中的【M】【Energy】，勾

5、選 Energy Equation。如圖 7 所示。圖 7 能量方程求解設(shè)置4.6 紊流模型設(shè)置打開模型樹中的【M】【Viscous】選擇 k-epsilon 模型，其余保持默認，設(shè)置如圖8 所示。圖 8 紊流模型設(shè)置4.7 添加材料雙擊模型樹中的【Materials】，在彈出的框右側(cè)選擇【Fluent database】，在 Fluent Database Materials框中找到 water-liquid，water-vapor 項，單擊下方copy 選項。圖 9 添加材料設(shè)置4.8 多相流中相設(shè)置打開模型樹中的【Ms】【Multiphase】【Phases】，設(shè)置 Primary Ph

6、ase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。圖 10 相設(shè)置打開模型樹中的【Ms】【Multiphase】【Phaseeractions】，選擇 Mass選項卡，F(xiàn)rom Phase 設(shè)置為water-liq，To Phase 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-C

7、ondensation M框中設(shè)置 Evaporation Frequency 為 0.2，CondensationFrequency 為 0.1，其他選項保持默認，如圖 12 所示。圖 11 相間質(zhì)量相互轉(zhuǎn)換設(shè)置圖 12 Evaporation-Condensation 模型設(shè)置4.9 操作條件設(shè)置雙擊【Cell Zone Conditions】，點擊 Operating Conditions。Operating Prere保留默認值（國際標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值）。設(shè)置 Reference Prere Location 為 x=0m，y=0m，z=0m。勾選 Specified Operating D

8、ensity，設(shè)置 Operating Density 為 0.5542。如圖 13 所示。圖 13 操作條件設(shè)置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 選設(shè)置保持默認，如圖 14 所示；Thermal 選Thermal Conditions 選擇Temperature，Temperature 設(shè)置為 1873.15，其余選項保持默認。如圖 15 所示圖14 Heatsource 邊界條件設(shè)置一圖15 Heatsource 邊界條件設(shè)置二4.10.2wall_

9、surface 邊界條件設(shè)置雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的 heatsource，Momentum 選設(shè)置保持默認，如圖 16 所示；Thermal 選Thermal Conditions 選擇Temperature，Temperature 設(shè)置為 1873.15，其余選項保持默認。如圖17 所示圖16 wall_surface 邊界條件設(shè)置一圖17 wall_surface 邊界條件設(shè)置二4.10.3top 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Pre選re outlet。Mo

10、mentum 選設(shè)置保持默認，如圖 19 所示。設(shè)置保持默認，如圖18 所示；Thermal圖18 top 邊界條件設(shè)置一19 top 邊界條件設(shè)置二圖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。如圖20 所示。圖 20求解方法設(shè)置打開模型樹中【Solution】【Controls】，選項保持默認。如圖 21 所示。圖 21 求解控制設(shè)置4.12流場初始化雙擊【Initialization】，將默認的 Hybrid Initialization 改為Standard Initialization，注意Init

11、ial 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。圖22 初始化設(shè)置單擊Setting UpAdapt 選的Mark/Adapt Cells，選在下拉菜單中選擇Region。首先設(shè)置 X Min 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。圖 23 Adapt 設(shè)置雙擊【Initialization】，單擊 Patch。Phase 選擇 w

12、ater-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。圖 24 Patch 設(shè)置一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。圖 25 Patch 設(shè)置二4.13計算自動保存設(shè)置打開【Calculation Activities】 【Autosave】，設(shè)置 Save D

13、ata File Every （TimeSteps）為 4，其余選項保持默認。如圖26 所示。圖 26 自動保存設(shè)置4.14求解雙擊Run Calculation，設(shè)置Time Step Size 為 0.1，Number of Time Steps 為1000，Time Step所示。Method 為Fixed，Max Iterations/Time Step 為 20。如圖27圖 27 求解設(shè)置5后處理5.1 迭代殘差曲線迭代殘差曲線如圖28 所示。28 殘差曲線圖5.2 云圖顯示5.2.1 創(chuàng)建 x=0 平面單擊 Setting UpSurface 選的 Create-Iso-選Surf

14、ace，Surface of Constant 選擇Mesh，X-Coordinate，Iso-Values 設(shè)置為 0，F(xiàn)romZones 選擇fluid，New Surface Name 為Plane-4。如圖 29 所示。圖 29 x=0 平面創(chuàng)建5.2.2體積分數(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，Surfa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。圖 30

15、 Volume Fraction 的contour 設(shè)置圖 31 Volume Fraction 的contour 顯示圖5.2.3速度分布云圖將 Contour of 設(shè)置為 Velocity 的 Velocity Magnitude，Phase 為 mixture，Surfa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。圖 32 Velocity Magnitude 的contour 設(shè)置圖 33 Velocity Magnitude 的contour 顯示圖5.2.4密度分布云圖將Contour of 設(shè)置為 Density 的Density，Phase 為mixture，Surfa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。圖 34 Density 的contour 設(shè)置圖 35 Density 的contour 顯示圖5.3 矢量圖顯示雙擊左側(cè)樹 Ve