本案例演示利用Fluent仿真计算管内介质受管壁加热后沸腾现象。

1 案例描述

计算模型如图所示。

计算参数如表所示。 

2 Fluent设置

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板选择Axisymmetric，其他参数保持默认设置

2.2 Multiphase设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase，弹出对话框中如下图所示，选择Eulerian，并选择Boiling Model及RPI Boiling Model

注：沸腾模型位于欧拉多相流下，Fluent提供了三种沸腾子模型：RPI、Non-equilibrium及Critical Heat Flux。详细描述可参阅Fluent文档

2.3 Models

• 右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On开启能量方程

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → SST k-omega激活SST k-w湍流模型

2.4 Materials

从材料库中添加材料water及water-vapor，并修改其材料参数

• 添加材料后的模型树节点如下图所示

• 如下图所示修改water_liquid材料参数

• 如下图所示修改水蒸气的材料属性参数

注：一些参数可通过文末链接打开case文件查看。

2.5 Phase设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase > Primary Phase，弹出对话框中设置water-liquid为主相，并修改名称为liquid

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase > Secondary Phase，弹出对话框中设置water-VAPOR为主相，并修改名称为vapor，设置Diameter为boiling-dia

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase >Phase Interactions，弹出对话框中进入Mass标签页，如下图所示进行设置

• 点击Eidt…按钮进入沸腾模型设置对话框，如下图所示进行参数设置

2.6 Boundary Conditions

• 利用菜单File → Read → Profile…加载rpi-boil-kw.set.prof

1、inlet

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet，弹出对话框中如下图所示设置湍流条件

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet > liquid，如下图所示设置入口速度

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet > liquid，切换至Thermal标签页，如下图所示设置液相温度为472.45 K

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet > vapor，弹出对话框中如下图所示设置入口气相速度为0

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet > vapor，切换至Multiphase标签页，如下图所示设置气相体积分数为0

2、outlet

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet，弹出对话框中如下图所示设置参数

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet > liquid，如下图所示设置出口液相温度

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet > vapor，如下图所示设置出口气相温度

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet> vapor，切换至Multiphase标签页，如下图所示设置气相体积分数为0

3、wall

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > wall，如下图所示，设置壁面热流为57000 w/m2

2.7 Methods

• 双击模型树节点Methods，右侧面板选择Coupled，并激活选项Coupled with Volume Fractions

2.8 Controls

• 鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板如下图所示进行参数设置

2.9 Initialization

• 鼠标右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize开始初始化

2.7 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为2500，点击按钮Calculate开始计算

3 计算结果

• 出口附近气相分布

• 壁面温度分布

比较结果如图所示。

参考文献：G.G. Bartolomej, V.G. Brantov, Y.S. Molochnikov, Y.V. Kharitonov, V.A. Solodkii, G.N. Batashova, V.N. Mikhailov. “An experimental investigation of the true volumetric vapour content with subcooled boiling tubes”. Thermal Engineering. Vol. 29, pp. 20-22, 1982.

文件链接：

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