本案例演示利用Fluent中的欧拉壁膜模型模拟挡风玻璃的除雾过程。

1 介绍

秋冬季节在汽车或飞机的挡风玻璃上容易起雾。起雾的主要原因为水蒸气在冰冷玻璃表面上的冷凝。雾滴的形成会降低玻璃的能见度，从而对乘客造成安全隐患。本案例中，将利用欧拉壁膜模型（Eulerian Wall Film，EWF）模拟挡风玻璃上的除雾过程。

EWF模型可以用来预测壁面上液体薄膜的形成和流动。该模型采用表面的虚拟薄膜，且假设薄膜沿壁面切向流动，液体薄膜不影响核心流动的动量场，但对核心流动区域的温度和组分浓度有影响。EWF模型可以与以下的物理模型耦合使用：

• 离散相模型（颗粒或液滴被壁面捕捉而形成液膜）
• 欧拉多相流模型（次相被壁面捕捉形成液膜）
• 组分输运模型（蒸气组分冷凝形成液膜或液膜蒸发形成蒸气组分）

本案例利用EWF模型与组分输运模型联合使用，考虑雾状液膜的形成及液膜蒸发为水蒸气的过程。

2 问题描述

本案例模拟汽车客舱挡风玻璃的除雾过程。挡风玻璃为固体区域（玻璃），车舱为流体区域（充满了湿空气）。计算域中包含两个空气入口以及一个出口。挡风玻璃上的

本教程考虑对汽车客舱挡风玻璃的去雾分析。挡风玻璃被建模为固体体积(玻璃)和客舱体积(充满湿空气混合物)的流体，通过EWF模型初始化挡风玻璃表面的有限厚度的液膜，并利用入口热空气流动来蒸发液膜。

3 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent
• 读取网格文件defog.msh.gz

3.1 General设置

• 进入General面板，选中选项Transient采用瞬态计算

3.2 编译UDF

案例利用UDF处理湿度问题，定义了混合材料的扩散率及入口条件。

3.3 Models设置

• 如下图所示启动能量方程

• 选择而是用Realizable k-epsilon湍流模型，使用Enhanced Wall Treatment

• 激活Species Transport模型，采用默认设置

3.4 Materials设置

• 修改材料mixture-template的属性，如下图所示

• 设置组分为h2o及air，且air为最后一种组分，如下图所示

注意：这里的h2o为水蒸气，用于模拟湿空气

• 添加流体借助water-liquid

• 修改固体材料属性，如下图所示

3.5 激活EWF模型

• 激活Eulerian Wall Film，如下图所示激活参数Solve Momentum、Solve Energy、Phase Change，指定Film Material为water-liquid，指定Film Vapor Material为water-vapor

• 进入Solution Method and Control选项卡，指定Maximum Thickness为0.005 m

• 切换到Model Option and Setup选项卡，点击按钮Initialize进行液膜初始化

3.6 边界条件设置

1、a-in-1边界设置

• 指定边界a-in-1的速度，如下图所示

• 指定边界温度为308 k

• 指定边界组分为UDF，选用udf为udf inlet_water_vapor::libudf

• 将边界a-in-1的参数拷贝到a-in-2，如下图所示

2、w-layer-ant-top-shadow边界

• 指定壁面液膜厚度1e-5 m，其他参数保持默认设置，如下图所示

注：别忘记在Thermal选项卡中指定材料材料为glass

• 将边界w-layer-ant-top-shadow参数信息复制到w-layer-post-top-shadow，如下图所示

3、a-out边界

• 指定出口静压为0 Pa

• 指定出口回流温度308 k

• 指定出口位置回流水蒸气质量分数为0.1

3.7 Methods

• 如下图所示指定求解算法

3.8 初始化

• 采用入口进行初始化，并将速度初始为0

3.9 自动保存

• 如下图所示指定文件自定保存

3.10 迭代计算

• 指定时间步数为600，时间步长0.1 s，开始计算

注：若收敛困难，可适当增大Max Iterations/Time Step参数。

4 计算结果

• 风挡上液膜厚度变化，如下图所示

• 流线如下图所示

• 60s时刻风挡上液膜温度如下图所示

• 60s 时刻风挡壁面温度分布

5 附录：UDF及案例文件

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道