壁面干燥面积分数

Weisman 和 Pei 的 [570] 假设在壁面沸腾中，壁面附近存在气泡层，在偏离泡核沸腾 (DNB) 中，此层会达到临界气泡浓度。 在此浓度下，液体传输已不足以移除在壁面上应用的热通量。 Weisman-Pei 发现在厚 5.5 脱离直径的气泡层中，平均体积分数的最大值为 0.82。

此 DNB 条件在 CFD 计算中的基本应用为：

• CFD 计算替换 Weisman-Pei 的径向传输分析。
• 气泡体积分数（在某一指定气泡层厚度内求平均值）的计算分布会达到某一临界值。

此类计算预期不会使用与原始 Weisman-Pei 模型相同的系数。 此外，如果已为气泡脱离直径选择替代模型，则需要重新计算这些系数。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中，有三个选项可用于指定干燥条件的气泡层厚度：

• 壁面网格单元 — 层厚度是壁面附近网格单元的宽度
• 固定的直径数 — 层厚度是气泡脱离直径数的因子
• 固定的 Yplus — 层厚度是蒸汽相的壁面湍流尺度的因子

输出场函数 Bubbly Layer Volume Fraction(气泡层体积分数) 在壁面上计算。 这可轻松进行绘图，以供在不同网格上进行比较，此外，还可以在用户表达式中使用以对壁面干燥情况进行建模。

接近 DNB 条件时，找不到假设壁面附近存在气泡体积分数 ${\alpha }_g\left(y\right)$ 的对数分布的合理理由。 而该分布是通过使用体积分数导数的壁面法向分量 ${\alpha }_g\text{'}$，围绕与壁面相距 $y_c$ 的第一个网格单元中心进行单项增长来近似。 之后，可在层厚度 $\delta$ 上对此分布求平均值。

局部壁面干燥的最简单模型是从壁面到蒸汽的热传递在蒸汽体积分数超过指定值时开始。 同时，从壁面到液体对流和液体蒸发的热传递减少。 这表示为蒸汽的有效壁面接触面积分数：

其中：

• ${\alpha }_{dry}$ 为壁面干燥断点或干燥开始时的体积分数
• ${\alpha }_{\delta }$ 为在整个气泡层厚度上求取的平均蒸汽体积分数。
• $\text{f}\left(\beta \right)$ 为函数：

$0\le \beta \le 1$ 时，将从 0 对称且平滑地过渡到 1，其中，$\beta$ 为比率：

当 ${\alpha }_{dry}\le {\alpha }_{\delta }\le 1$ 时，在 0 到 1 之间变化。

${\alpha }_{\delta }$ 为在整个气泡层厚度上求取的平均蒸汽体积分数。

${\alpha }_{dry}$ 的默认值为 0.9。 此值可防止计算中出现意外干燥导致的不稳定性，因为随着液体量的减少，指向液体的热通量随之减少。

Weisman 和 Pei 的 [570] 以几何方式推导出最大蒸汽体积分数 0.82，以供在其临界热通量模型中使用。 研究到 DNB 条件的转换时，需要调整壁面干燥断点 ${\alpha }_{dry}$。