沸腾建模

沸腾模型可用于强制流动的过冷沸腾应用。

要设置基本整体沸腾模拟，首先验证您的应用程序是否适于建模为过冷沸腾过程。使模型基于真实的实验或工业条件，或至少基于能量平衡，来确认是否会发生预期的过冷沸腾。然后，从默认模型选择和默认模型标定开始。

要设置壁面沸腾模拟，先激活沸腾/冷凝模型，然后激活壁面沸腾模型。壁面沸腾模型设计用于涵盖压力高达 155 bar 左右的强制流动过冷沸腾，且尽可能减少模型常数标定。因此，它是根据许多简化子模型以机械方式构建的：

  • 壁面干燥面积分数
  • 成核密度
  • 气泡脱离直径
  • 气泡脱离频率
  • 壁面瞬态传导
  • 气泡影响壁面面积分数
  • 气泡引发的淬火热传递系数

可在运行时以图形方式检查每个子模型的输出。如果有适当的实验数据可用，则可以对这些子模型进行校准或替换为用户自定义的关系。实施壁面沸腾子模型的目的是使用指定的所有相和交界面属性（例如密度、饱和焓、表面张力）。

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。有关更多信息，请参见管理壁面沸腾模拟中的收敛问题。

对于连续-离散相的相间相互作用，离散相为连续液体相的蒸汽（气体）相。对于多流态相间相互作用，主相为液相，次相为蒸汽相。

此过程中的步骤用于接续以下步骤之一：

要设置沸腾模拟：

  1. 对于表示欧拉多相流的物理连续体，除了先前选择的模型之外，还选择以下模型。
    组合框 模型
    可选模型 相耦合流体能量
  2. 在相间相互作用中，除了先前选择的模型外，还选择以下模型：
    组合框 模型

    能量

    下列某个模型：

    • 分离流体焓
    • 分离流体温度

    反应项

    非反应（仅适用于多组分相）

    可选模型

    		 相间质量传递
  3. 在 Interphase Mass Transfer Rate(相间质量传递率) 组合框中，选择以下某项：
  4. 展开 [相间相互作用] > 模型节点，然后执行以下某项操作：
    • 对于连续-离散相的相间相互作用，选择沸腾/冷凝节点或多组分沸腾/冷凝节点，然后设置以下项：
    • 对于多流态相间相互作用，选择沸腾/冷凝节点，然后设置以下项：

以下步骤仅适用于多组分沸腾/冷凝节点。

  1. 设置相 0 组分属性，以指定相组分之间的关系。

    用（左侧列中的）连续相组分与右侧列中的离散相组分进行匹配。

    对于激活的每个传递，连续相组分名称显示在平衡系数 > 复合节点下面。

  2. 选择相互作用长度尺度节点，然后执行以下某项操作：

    • 对于连续-离散相的相间相互作用，选择适当的相互作用长度尺度方法。

    • 对于多流态相间相互作用，为第一离散流态相互作用长度尺度和第二离散流态相互作用长度尺度选择适当的方法。

    请参见相互作用长度尺度模型参考。

如果要对壁面沸腾建模，继续执行以下步骤。

  1. 重新打开相间相互作用模型选择对话框，然后在可选模型组合框中选择壁面沸腾。
    请参见壁面沸腾模型参考。
    将自动选择壁面泡成核和壁面瞬态传导模型。
  2. 选择 [相间相互作用] > 模型 > 壁面沸腾节点，然后设置壁面干燥面积分数。

    指定在壁面上应用的热通量中有多少定向到蒸汽对流，而不是液体对流和蒸发。

    请参见壁面干燥面积分数属性。

  3. 设置相应的模拟属性。

    壁面沸腾模型要求为以下项设置有效且精确的数据：

    • 对于参考值 > 重力，确保由重力导致的加速度的作用方向正确。
    • 对于参考值 > 参考压力，如果出口处的相对压力条件设为零，则需要将该值设为预期的出口压力。否则，需要将该值设为设计工作压力。
    • 对于相间相互作用 > 多相材料 > 表面张力，需要为液体-汽体交界面设置饱和温度下的表面张力系数。
    • 对于欧拉相 > 气体 > 分子量，需要为蒸汽相设置适当的材料属性。

壁面沸腾模型具有子模型，用于捕捉沸腾过程的各个方面。建议不要更改这些子模型的默认属性，除非具有支持的实验数据。

一些原始系数的基础是以水作为工作流体。因此，使用非水工作流体时，需要进行一些调整。

Hibiki Ishii and Li 成核密度模型和 Kocamustafaogullari 气泡脱离直径模型的壁面接触角特定于工作流体和沸腾表面的组合。

该壁面接触角为基于室温的标称值，而非在沸腾条件下测量的值。

根据以前用于其他工作流体的相关性调整以下选项：

  • Kurul Podowski 相互作用长度尺度
  • Lemmert Chawla 成核点数密度
  • Tolubinsky Kostanchuk 气泡脱离直径
  1. 选择壁面泡成核节点，然后设置相应属性。
  2. 选择壁面瞬态传导节点，然后设置相应属性。

    此模型可以校正气泡引发的淬火热通量，以便通过脱离气泡的操作来使用送至壁面的液体温度。

    请参见壁面瞬态传导属性。

  3. 指定允许壁面沸腾的边界。对于每个壁面边界，执行以下操作：
    1. 选择区域 > [区域] > 边界 > [壁面边界] > 物理条件 > 壁面相间质量传递选项节点，然后将方法设为活动。
      要防止此边界上发生壁面沸腾，将方法设为无。例如，当边界绝热时，使用此选项。
    2. 选择 [壁面边界] > 相条件节点，然后为相间相互作用中的每个相设置用户指定的壁面热通量系数。

返回相应的工作流：