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。
将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→Adapt→Refine按钮,弹出Adaption Controls对话框,单击Cell Registers→New→Region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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