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1、學會基本的VOF模型設置流程
2、學會利用蒸發-冷凝模型來模擬傳熱沸騰
目錄
1摘要4
2傳熱沸騰模型介紹4
3前處理4
4求解設置5
4.1啟動Fluent5
4.2網格縮放6
4.3求解器設置7
4.4多相流模型設置8
4.5能量方程求解設置9
4.6紊流模型設置10
4.7添加材料11
4.8多相流中相設置12
4.9操作條件設置14
4.10邊界條件設置15
4.10.1heatsource邊界條件設置15
4.10.2wall_surface邊界條件設置17
4.10.3top邊界條件設置18
4.11求解方法設置19
4.12流場初始化21
4.13計算自動保存設置24
4.14求解25
5后處理26
5.1迭代殘差曲線26
5.2雲圖顯示26
5.2.1創建x=0平面26
5.2.2體積分數雲圖27
5.2.3速度分布雲圖29
5.2.4密度分布雲圖31
5.3矢量圖顯示33
6結論35
1 摘要
沸騰傳熱是熱量從壁面傳給液體，使液體沸騰氣化到對流傳熱過程。本算例將演示如何用Fluent中的VOF模型和蒸發-冷凝模型來模擬傳熱沸騰。
2 傳熱沸騰模型介紹
圖 1是傳熱沸騰模型三維示意圖。容器為圓柱體，圓柱高40cm，底面直徑為16cm，底部受熱區域為圓形，圓心位置與圓柱底面圓心重合，直徑為5cm。
3 前處理
在DesignModeler中建立模型，然后在Ansys Meshing中划分網格。圓柱底部受熱區域為heatsource，類型為wall；底部其他區域以及圓柱側面為wall_surface，類型為wall；圓柱頂面為top，類型為pressure_outlet。模型網格划分如圖 2所示。
4 求解設置
4.1 啟動Fluent
啟動Fulent，將Dimension設置為3D，如圖 3所示。
4.2 網格縮放
在DesignModeler中建模時默認采用m作為單位。為了進一步確保模型尺寸設置正確，建議打開scale來檢查模型尺寸設置是否正確。如果不正確，通過設置縮放因子來設置。網格縮放設置如圖 4所示。
4.3 求解器設置
將Solver Type設置為Pressure-Based，Solver Time設置為Transient，並勾選Gravity，設置x方向和y方向重力加速度為0，z方向重力加速度為-9.81m/s2。如圖 5所示。
4.4 多相流模型設置
打開模型樹中的【Model】→【Multiphase】，MultiphaseModel選用Volume of Fluid模型，Number of Eulerian Phases設置為3。其他設置保持默認。如圖 6所示。
4.5 能量方程求解設置
打開模型樹中的【Model】→【Energy】，勾選Energy Equation。如圖 7所示。
4.6 紊流模型設置
打開模型樹中的【Model】→【Viscous】選擇k-epsilon模型，其余保持默認，設置如圖 8所示。
4.7 添加材料
雙擊模型樹中的【Materials】，在彈出的對話框右側選擇【Fluent database】，在Fluent Database Materials對話框中找到water-liquid，water-vapor項，單擊下方copy選項。
4.8 多相流中相設置
打開模型樹中的【Models】→【Multiphase】→【Phases】，設置Primary Phase的名稱為air，材料為air，Secondary Phase的名稱為water-liq，材料為water-liquid, Secondary Phase的名稱為water-vap，材料為water-vapor。如圖 10所示。
打開模型樹中的【Models】→【Multiphase】→【Phase Interactions】，選擇Mass選項卡，From Phase設置為water-liq，ToPhase設置為water-vap，Mechanism設置為evaporation-condensation。如圖11所示。單擊Edit，在彈出的Evaporation-Condensation Model對話框中設置Evaporation Frequency為0.2，Condensation Frequency為0.1，其他選項保持默認，如圖 12所示。
4.9 操作條件設置
雙擊【Cell-Zone-Conditions】，點擊Operating-Conditions。OperatingPressure保留默認值（國際標准大氣壓值）。設置ReferencePressureLocation為x=0m，y=0m，z=0m。勾選Specified Operating Density，設置Operating Density為0.5542。如圖 13所示。
4.10 邊界條件設置
4.10.1 heatsource邊界條件設置
雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的heatsource，Momentum選項卡中設置保持默認，如圖 14所示；Thermal選項卡中Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature設置為1873.15，其余選項保持默認。如圖 15所示
4.10.2 wall_surface邊界條件設置
雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的heatsource，Momentum選項卡中設置保持默認，如圖 16所示；Thermal選項卡中Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature設置為1873.15，其余選項保持默認。如圖 17所示
4.10.3 top邊界條件設置
雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的top，在下方的TYPE中選擇為Pressure outlet。Momentum選項卡中設置保持默認，如圖 18所示；Thermal選項卡中設置保持默認，如圖 19所示。
4.11 求解方法設置
打開模型樹中【Solution】→【Methods】，將Scheme選擇為PISO算法，其他選項保持默認。如圖 20所示。
4.12 流場初始化
雙擊【Initialization】，將默認的Hybrid-Initialization改為Standard Initialization，注意Initial Values中將water-liq Volume Fraction和water-vap Volume Fraction設置為0，單擊Initialize。如圖 22所示。
單擊SettingUpDomain工具欄選項卡中Adapt選項卡中的Mark/AdaptCells，在下拉菜單中選擇Region。首先設置XMin為-0.1，X Max為0.1，Y Min為-0.1，Y Max為0.1，Z Min為0，Z Max為0.2，單擊Mark。如圖 23所示。
雙擊【Initialization】，單擊Patch。Phase選擇water-liq，Variable選擇Volume Fraction，Registers to Patch中選中hexahedron-r0，然后將Value改為1，單擊Patch。如圖 24所示。
Phase選擇mixture，Variable選擇Temperature，Registers to Patch中選中hexahedron-r0，然后將Value改為365，單擊Patch。如圖 25所示。
4.13 計算自動保存設置
打開【CalculationActivities】→【Autosave】，設置Save Data File Every （Time Steps）為4，其余選項保持默認。如圖 26所示。
4.14 求解
雙擊Run Calculation，設置Time Step Size為0.1，Number of Time Steps為1000，Time Stepping Method為Fixed，Max Iterations/Time Step為20。如圖 27所示。
5 后處理
5.1 迭代殘差曲線
迭代殘差曲線如圖 28所示。
5.2 雲圖顯示
5.2.1 創建x=0平面
單擊Setting Up Domain工具欄選項卡中Surface選項卡中的Create->Iso-Surface，Surface of Constant選擇Mesh，X-Coordinate，Iso-Values設置為0，From Zones選擇fluid，New Surface Name為Plane-4。如圖 29所示。
5.2.2 體積分數雲圖
雙擊左側樹Results下的Contour，創建雲圖，Contour-of選擇Phase的Volume fraction，Phase選擇water-vap，Options中勾選Filled，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 30所示。顯示結果如圖 31所示。
5.2.3 速度分布雲圖
將Contour-of設置為Velocity的Velocity Magnitude，Phase為mixture，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 32所示。顯示結果如圖 33所示。
5.2.4 密度分布雲圖
將Contour of 設置為Density的Density，Phase為mixture，Surfaces列表中選中plane-4，單擊Save/Display，如圖 34所示。顯示結果如圖 35所示。
5.3 矢量圖顯示
雙擊左側樹Vectors，如圖19所示，在Surface中選擇Plane-4，Vectors of選為Velocity，Scale設置為15，Skip設置為0，單擊Apply，如圖 36所示，結果如圖 37所示。
6 結論
本算例通過Fluent的VOF模型和蒸發-冷凝模型模擬了傳熱沸騰問題，結果表明該模擬能很好的模擬沸騰過程中水由液體轉化成氣態的過程。有關模擬結果的進一步對比分析可以根據傳熱學理論進行，此處省略。