fluent中的沸腾模型（1）-RPI模型
2020年7月6日 13:26浏览：2356 评论：10
“过冷沸腾”是用来描述这样一种物理情况:即使液体的体积平均温度小于饱和值，但壁温高到足以导致壁上发生沸腾。在这种情况下，能量直接从壁面传递到液体。这些能量的一部分会使液体的温度升高，另一部分会产生蒸汽。相间传热也会导致液体平均温度升高,而饱和蒸汽冷凝。此外，一些能量可以直接从壁面转移到蒸汽中。这些基本机制是所谓的伦斯勒理工学院(RPI)模型的基础。
在ANSYS
Fluent中，在欧拉多相模型的基础上建立了壁面沸腾模型。多相流动由相连续性守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程控制。采用 Kurual 和 Podowski 的RPI形核沸腾模型和Lavieville等人的扩展式对壁面沸腾现象进行了建模。该壁面沸腾模型适用于三种不同的壁面边界:等温壁面、指定热流和指定传热系数(耦合壁面边界)。
如下面所描述的，已经考虑了动量、质量和热量的界面传递以及沸腾流中的湍流模型。
根据RPI基本模型，将壁面到液体的总热流分为对流热流、淬火热流和蒸发热流三部分:
被加热的壁面细分为被成核气泡覆盖的区域A_b和被流体覆盖的部分1-A_b。
式中，h_c为单相传热系数，T_w和T_l分别为壁面温度和流体温度。
淬火热流q_Q模拟了气泡脱离后液体填充壁面附近循环平均瞬态能量传递，表示为
其中k_l为导热系数，T为周期时间，λ_l为扩散率。
其中V_d是基于气泡分离直径的气泡体积，N_w为成核位置密度，ρ_v是蒸汽密度，h_fv是蒸发潜热，f为气泡离开频率。这些方程需要对以下参数进行封闭:
注意，为了避免由于无约束的核部位密度的经验相关性而导致的数值不稳定，影响区域必须受到限制。影响面积的极限如下:
经验常数K的值通常被设为4，但是人们发现这个值并不普遍，可能在1.8到5之间变化。根据Del Valle和Kenning的研究，这个常数有如下关系:
RPI模型的实现通常使用气泡离开频率作为基于惯性控制生长的频率(实际上并不真正适用于过冷沸腾)。
成核位置密度通常由基于壁面过热的相关性表示。一般的表达形式如下：
这里使用了来自Lemmert和Chawla的经验参数，n=1.805,c=210. 还有其他公式，如Kocamustafaogullari和Ishii
RPI模型的默认气泡分离直径基于经验相关，以米为单位计算
而Kocamustafaogullari和Ishii使用
根据Unal关系计算出以毫米为单位的气泡分离直径为
P是流动压力，ΔT_sub=T_w-T_sat是壁面过热度，h_lv是潜热，U_b是近壁体积速度，U_b=0.61m/s，下标s、l和g分别表示固体物质、液体和汽相。
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