管理壁面沸腾模拟中的收敛问题

热通量高的壁面沸腾案例有时可能无法收敛。要考虑的两个主要问题是相间质量传递率和成核密度。

总体冷凝导致的相间质量传递率是根据交界面面积和交界面能量平衡的瞬时值确定的。但是，在分离求解器算法中，这些质量传递率没有直接耦合到流体动力方程，因此它们仅受限于完整收敛后的质量平衡。

壁面沸腾模型的最敏感部分为成核点数密度。活动点数取决于壁面过热（可能达到 1.8-5 次幂或更高）。在分离求解算法中，生成的蒸发率可能超过对壁面的液体供应，直到实现完全收敛。

无需在新计算中立即切换所有选项，然后使用高度亚松弛，而是采用以下更自然的策略：

1. 获取入口温度下的收敛流和热传递求解，但不含任何沸腾。

2. 在总体冷凝激活的情况下重启模拟，从而获取收敛流。

3. 激活壁面沸腾，然后逐渐增加温度，使其在经过若干次迭代、时间步或重启后，从恰好小于导致壁面沸腾的值增加到实际温度（系统）。

如果发现难以实现收敛，则需要针对沸腾质量传递率（涵盖总体冷凝的项）调整提供的松弛因子。典型值为 0.5，但可以减小此值以使残差单调减小而不产生振荡。

为壁面沸腾模型提供了另一松弛因子。它将应用于壁面处的相能量方程，且其目的是考虑蒸发率对壁面温度的敏感度。为“成核点数密度”选择了默认的 Lemmert Chawla 模型时，建议值为 0.5。使用 Hibiki Ishii 模型时，将松弛因子减小到 0.1 左右。

有时，入口处的湍流分布不当可能导致不必要的困难。出现的症状是湍流粘度层在入口处塌陷，可能影响附近的壁热传递系数和全局残差行为。对于长管道和通道几何，可以使用相同的模型（但需要停用沸腾）计算充分发展的出口速度和湍流分布并将其保存在文件中。之后，这些边界条件可以用作沸腾模拟的入口条件。