利用VOF方法模拟气液两相传热传质问题,热传导过程出现非物理的虚拟流动



  • 大家好!
    我在做一个胶囊罐状的贮箱内的气液两相传热传质问题的模拟,具体case是这样的,罐子里面充了75%的液体,气相是蒸气,环境条件是微重力条件(实际上重力源相设置为0),在罐子的边壁上加了一个温度的边界条件,该温度高于液体工质的饱和温度。模型为:二维轴对称模型。初始条件是气枕(气团)区处于罐子中间位置,初始压力为101325Pa,温度为饱和温度,整个流场速度为0。想模拟一下热量传递到罐子里面的相变、气液界面的形状变化以及里面的压力、速度场的变化情况。所用的软件为fluent17.2. 现在遇到的问题是:
    (1)先不加相变条件,光看传热过程,在模拟一段时间后,出现如图2的情况。真实的物理情况应该是壁面(圆柱段)温度向里均匀传递,但计算过程中出现了较强的对流(初始条件速度场为零,该过程中出现的速度为虚拟速度?),导致了温度传递的反常。请问这种情况如何抑制(虚拟流动)0_1543999188523_模型.jpg 0_1543999198761_温度场-流场-无相变.jpg

    (2)与此同时进行的是,添加相变模型(fluent中的evaporation-condensation模型),得到了如图3的结果,温度场的分布更加混乱,并且在液相中出现了气相颗粒,如图4(结果显然不合理)。不知道这情况该如何处理?0_1543999531465_温度场-流场-有相变.jpg 0_1543999541103_相分布.jpg

    综上,我想请教的是:
    (1)vof方法中的这种虚拟流动该如何消除?有什么办法能提高fluent中表面张力源相计算的精度
    (2)这种不合理的结果是否是2D模型造成的?改为3D模型是否会好些?
    (3)相变模型是否合理?有什么需要注意的地方?
    (4)还有其他我没有考虑到的地方,还请不吝指出!

    请各位老师不吝指教,帮我解疑答惑。不胜感激!


  • Fluent讲师

    这个问题提得非常好!图2 中的速度量级上已经到了300m/s 显然是不合理的。 我遇到过类似的情况。当时我模拟2D轴对称情况下的颗粒运动也出现了局部速度过大。 我将对称轴修改为壁面之后发现错误消失。
    我推测和维度有关,你可以测试一下3D的情况。 fluent 在多相的情况中还有很多不稳定的情况,需要再探索一下。