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FLUENT太阳能蒸馏器模拟

内容纲要

本教程演示了太阳能蒸馏器内液态水受光照加热蒸发的相变过程。

 1     启动Workbench并建立分析项目 

(1)在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2019→Workbench命令,启动Workbench 2019,进入ANSYS Workbench 2019界面。

(2)双击主界面Toolbox(工具箱)中的Analysis systems→Fluid Flow(Fluent)选项,即可在项目管理区创建分析项目A。

 2     导入几何体 

(1)在A2栏的Geometry上单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令,此时会弹出“打开”对话框。

(2)在弹出的“打开”对话框中选择文件路径,导入几何体文件。

 3     划分网格 

(1)双击A3栏Mesh项,进入Meshing界面,在该界面下进行模型的网格划分。

(2)依次右键选择模型外部边界,在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection,输入名称glass,front wall,back wall,side wall和absorber plate,单击OK按钮确认。

(3)设置网格大小为9mm。右键单击模型树中Mesh选项,选择快捷菜单中的Generate Mesh选项,开始生成网格。

(4)网格划分完成以后,单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

(5)执行主菜单File→Close Meshing命令,退出网格划分界面,返回到Workbench主界面。

(6)右键单击Workbench界面中A3 Mesh项,选择快捷菜单中的Update项,完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 4     定义模型 

(1)双击A4栏Setup项,打开Fluent Launcher对话框,单击OK按钮进入FLUENT界面。

(2)单击命令结构树中General按钮,弹出General(总体模型设定)面板,Solver中Time选择Transient。勾选Gravity,在Y中填入-9.81m/s2。

 5     设置材料 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit,弹出Create/Edit Materials(材料)对话框。在材料库中选择导入water-liquid和water-vapor。

water-vapor的密度设为Incompressible idea gas。

将water-liquid的密度设为piecewise-liner。Points填入12,分别对应不同温度填入不同的密度值。

Point

Temperature

density

1

293

998

2

303

995

3

313

992

4

323

988

5

333

983

6

343

978

7

353

972

8

363

965

9

373

958

10

383

951

11

393

943

12

403

935

(2)在材料库中选择导入固体物质wood,同时创建新固体物质glass。glass的density填入2500,Cp填入750,Thermal Conductivity填入1.15。

 6     设置多相流 

(1)在模型设定面板Models中双击Multiphase按钮,弹出Multiphase Model(多相流模型)对话框,选择VOF,Number of Eulerian Phases填入3,单击OK按钮确认并关闭对话框。

(2)在模型设定面板Models中双击Multiphase下的Phases按钮,弹出Phase(多相流设置)对话框,在Phase-1对话框中,Phase Material选择air,在Phase-2对话框中,Phase Material选择water-vapor,在Phase-3对话框中,Phase Material选择water-liquid单击OK按钮确认并关闭对话框。

(3)在模型设定面板Models中双击Multiphase下的Phases Interactions按钮,弹出Phase Interactions对话框,在Mass选项卡中,Number of Mass Transfer Mechanisms填入2,分别设置from phase water,to phase vapor和 from phase vapor,to phase water,Mechanism均选择为evaporation-condensation。

(4)在Surface Tension选项卡中,勾选Surface Tension Force Modeling和Wall Adhesion,Surface Tension Coefficient输入0.073,单击OK按钮确认并关闭对话框。

 7     设置热辐射模型 

(1)在模型设定面板Models中双击Radiation按钮,弹出

Radiation Models对话框,勾选Rosseland,Solar Load Model选择Solar Ray Tracing。

单击Solar Calculation按钮,弹出Solar Calculation对话框,输入所在地时区、经纬度、时间和模型所处的方位信息。

 8     设置湍流模型 

(1)在模型设定面板Models中双击Viscous按钮,弹出

Viscous Models对话框,勾选k-epsilon模型

 9     设置边界条件 

(1)单击主菜单中Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

(2)在边界条件面板中,设置front wall的壁面参数如下图所示。

(3)设置壁面back wall,side wall同步骤(2)。

(4)设置glass的壁面参数如下图所示。


(5)设置absorber plater的壁面参数如下图所示。

 10     初始条件 

(1)单击主菜单中Solving→Initialization按钮,弹出Solution Initialization(初始化设置)面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization,单击Initialize按钮进行初始化。

(2)单击主菜单中Domain→AdaptRefine按钮,弹出Adaption Controls对话框,单击Cell RegistersNewRegion按钮,弹出Region Register对话框,设置液态水区域

(3)在Solution Initialization(初始化设置)面板中,单击Patch按钮,弹出Patch对话框,在Zone to Patch中选择新建立的水区域,Variable中选择Volume Fraction,在Value中填入1,单击Patch按钮。

 11     计算求解 

(1)单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮,弹出Run Calculation(运行计算)面板。

在Time Step Size填入30,Number of Iterations中输入120,单击Calculate开始计算。

 13     结果后处理 

(1)双击A6栏Results项,进入CFD-Post界面。

(2)显示温度场和水蒸气体积百分比动画。

本篇文章来源于微信公众号: 南流坊

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文章名称:《FLUENT太阳能蒸馏器模拟》
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