fluent模拟液滴蒸发

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要

随着液滴在工程、机械和航空等领域的应用不断地普及和深入，液滴的形成机理为其在技术上的发展提供了理论支撑，是创新和实践的基础。

通过对液滴与其蒸气的力学平衡条件、相变平衡条件的学习，掌握液滴形成的热力学机理；通过对球形液滴形成机理的学习，推导出球冠形液滴形成时它的中肯半径与其接触角之间的关系；球形液滴的临界半径与表面张力系数、摩尔体积、温度和蒸气压强有关，对球形液滴的中肯半径随着温度、表面张力系数的变化情况进行MATLAB模拟；而对于球冠形液滴，除了上述参数之外，它的中肯半径还和液滴与壁面之间的接触角有关，利用MATLAB编程，模拟了球冠形液滴与壁面接触角的变化对中肯半径的影响，形象直观的体现出这种效果。

关键词：液滴；相变；中肯半径；MATLAB模拟

东北石油大学本科生毕业设计（论文） Abstract

With the droplets developing to spread and depth in engineering, mechanical, aerospace and in other fields, droplets’ formation mechanism provides a st

CHEN Shuo ZHAO Jun WAN Dan LIU Ming-an FAN Xi-jun

,,,CHEN Shuo,ZHAO Jun,WAN Dan(,,

,200030),LIU Ming-an(,,,710077)

,FAN Xi-jun(Cooperative Research Centre for Polymers, 32 Business Park Drive,

Notting Hill, Vic. 3168, Australia)

JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY

()2005,39(11)

11

(12)

1.Hoogerbrugge P J;Koelman J M V A Simulating microscopic hydrodynamic phenomena with dissipative particle dynamics 1992(03)

2.Espanol P;Serrano M;Zuniga I Coarse graining of a fluids and its relation with dissipative

particle dynamics and smoothed

碱液的蒸发工序及操作

摘 要：本文介绍碱液蒸发基本原理、蒸发流程、蒸发工序设备的结构、原理，操作及和运行过程中的故障处理。

关键词：碱液蒸发 原理 设备 故障处理

前 言

烧碱（又称为氢氧化钠）在国民经济中有着重要的作用。广泛应用于造纸、纤维素的生产、洗涤剂、合成脂用酸的生产以及动植物油的提炼。纺织印染工业用作棉布退浆、煮炼剂和丝光剂。化学工业用于生产硼砂、氰化钠、甲酸、草酸、苯酚等。石油工业用于精炼石油制品，并用于油田钻井泥浆中。同时，还用于生产氧化铝、金属锌和铜以及玻璃、搪瓷、制革、医药、染料和农药等方面。近年来，随着中国国民经济的发展，烧碱在各行各业中的应用也越来越重要。目前，氯碱生产有隔膜法、水银法和离子膜法。无论在技术先进、工艺优越性以及产品质量、节约能源等方面均为离子膜法占优。然而，无论用何种方法生产，在烧碱生产过程中都存在着多种危险危害因素，一旦发生事故可能造成极为严重的后果，不仅影响到生产的正常进行，同时人们的生命和财产也将遭到损失。本文作者对国内某离子膜烧碱现役装置进行了调研，同时查阅了国内外氯碱生产的资料和国家安全生产规范与标准， 在经有关专家进行论证后，对离子膜烧碱生产过程中可能遇到的危险有害因素进行了辨识与评价，同

中 国 科 学 技 术 大 学

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

计算流体与传热传质课程论文

单液滴与热固体表面碰撞动力学现象数值模拟

作者姓名： 蓝 美 娟 学 号： SA11232006 导师姓名： 刘 明 侯 院 系： 火灾科学国家重点实验室

中国·合肥 二○一一年十二月

单液滴与热固体表面碰撞动力学现象数值模拟

(中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室 蓝美娟 安徽合肥 230027)

摘要：文章采用VOF模型结合欧拉-拉格朗日控制方程进行建模，并利用动画跟踪分析了单液滴撞击不同材料，不同温度热固体表面时发生的运动、铺展、回撤、形成液柱、反弹、破裂产生次生液滴等过程的动力学行为。通过与文献中液滴撞击石蜡表面动力学实验进行对比吻合较好，证实了模型模拟的可靠性。 关键词：单液滴 热固体 表面

Fluent数值模拟的主要步骤

使用Gambit划分网格的工作：

首先建立几何模型，再进行网格划分，最后定义边界条件。 Gambit中采用的单位是mm，Fluent默认的长度是m。 Fluent数值模拟的主要步骤：

（1） 根据具体问题选择2D或3D求解器进行数值模拟；

（2） 导入网格(File-Read-Case)，然后选择由Gambit导出的msh文件。

（3） 检查网格(Grid-Check)，如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分。 （4） 选择计算模型(Define-Models-Solver)。（6） （5） 确定流体的物理性质(Define-Materials)。 （6） 定义操作环境(Define-Operating Conditions)。 （7） 指定边界条件(Define-Boundary Conditions )。

（8） 求解方法的设置及其控制（Solve-Control-Solution）。 （9） 流场初始化（Solve-Initialize）。

（10） 打开残插图（Solve-Monitors-Residual）可动态显示残差，然后保存当前的Case和

Data文件（File-Writer-Case&D

7.19多孔介质边界条件

多孔介质模型适用的范围非常广泛，包括填充床，过滤纸，多孔板，流量分配器，还有管群，管束系统。当使用这个模型的时候，多孔介质将运用于网格区域，流场中的压降将由输入的条件有关，见Section 7.19.2.同样也可以计算热传导，基于介质和流场热量守恒的假设，见Section 7.19.3.

通过一个薄膜后的已知速度/压力降低特性可以简化为一维多孔介质模型，简称为“多孔跳跃”。多孔跳跃模型被运用于一个面区域而不是网格区域，而且也可以代替完全多孔介质模型在任何可能的时候，因为它更加稳定而且能够很好地收敛。见Section 7.22.

7.19.1 多孔介质模型的限制和假设

多孔介质模型就是在定义为多孔介质的区域结合了一个根据经验假设为主的流动阻力。本质上，多孔介质模型仅仅是在动量方程上叠加了一个动量源项。这种情况下，以下模型方面的假设和限制就可以很容易得到：

因为没有表示多孔介质区域的实际存在的体，所以fluent默认是计算基于连续性方程的虚假速度。做为一个做精确的选项，你可以适用fluent中的真是速度，见section7.19.7。

? 多孔介质对湍流流场的影响，是近似的。

? 当在移动坐标系中使用多孔介质模型的

一、模型

1、能量方程：开启能量方程

2、湍流模型：选用Realizable k-ε湍流模型和标准壁面函数Standard Wall Fn

3、辐射模型，采用离散坐标辐射（DO）模型模拟炉内辐射传热，并设置每进行两次迭代计算后更新一次辐射场，以加快计算收敛速度

4、组分输运+涡耗散化学反应模型（ED），对于碳氢化合物燃烧系统，燃烧反应可能包含有上百个中间反应，其计算工作量大，不便于工程应用。为满足工程问题的需要，目前常采用两步反应系统和四步反应系统。本文中研究的是甲烷燃烧，选用EDM模拟由燃烧引起的传热传质，考虑两步反应，即：

2CH4+3O2=2CO+4H2O

2CO+O2=2CO2

按不可压缩理想气体性质确定气体密度，不考虑分子扩散和气体内部的导热影响，选用分段线性比定压热容。

二、混合物及其构成组分属性 在化学反应模拟过程中，需要定义混合物的属性，也需要对其构成成分的属性进行定义。重要的是在构成成分的属性设置前对混合物的属性进行定义，因为组分特性的输入可能取决于用户所使用的混合物数学定义方式。对于属性输入，一般的顺序是先定义混合物组分、化学反应，并定义混合物的物理属性，然后定义混合物中组分的物理属性。 1、定义混合物中的组分

#include "udf.h" ‘包括常规宏

#include "sg_mphase.h" ‘包括体积分数宏CVOF(C,T)

#define T_SAT 373 ‘定义蒸发温度100℃

#define LAT_HT 1.e3 ‘定义蒸发潜热J/Kg

DEFINE_SOURCE(liq_src, cell, pri_th, dS, eqn) ‘液相质量源项UDF

{

Thread *mix_th, *sec_th; ‘定义计算区域线指针

real m_dot_l; ‘定义液相质量转移kg/(m2.s)

mix_th = THREAD_SUPER_THREAD(pri_th); ‘指向混合区的主相即液相的指针

sec_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 1);指向单相控制区的气相的指针，气相为第二相

if(C_T(cell, mix_th)>=T_SAT) ‘如果液相单元的温度高于蒸发温度，液相向气相的质量质量转移

{

m_dot_l = -0.1*C_VOF(cell, pri_th)*C_R(cell, pri_th)*

fabs(C_T(cell, mix_th) - T_SA T)/T_SAT;

dS[eqn] = -0.1*C_R(c

干式和满液式蒸发器的优缺点

满液式壳管蒸发器在管内走水，制冷剂在管簇外面蒸发，所以传热面基本上都与液体制冷剂接触。一般壳体内充注的制冷剂量约为筒体有效容积的55%~65%，制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部的液体分离器，回入压缩机。

其优点是结构紧凑，操作管理方便，传热系数较高。其缺点是：

①制冷系统蒸发温度低于0℃时，管内水易冻结，破坏蒸发管；

②制冷剂充灌量大；

③受制冷剂液柱高度影响，筒体底部的蒸发温度偏高，会减小传热温差；

④蒸发器筒体下部会积油，必须有可靠的回油措施，否则影响系统的安全运行。

干式壳管式即非满液式蒸发器的制冷剂在管内流动，水在管簇外流动。制冷剂流动通常有几个流程，由于制冷剂液体的逐渐气化，通常越向上，其流程管数越多。为了增加水侧换热，在筒体传热管的外侧设有若干个折流板，使水多次横掠管簇流动。

其优点是：

①润滑油随制冷剂进入压缩机，一般不存在积油问题

②充灌的制冷剂少，一般只有满液式的1/3 左右；

③t0在0℃附近时，水不会冻结。

但使用这种蒸发器必须注意：

①制冷剂有多个流程，在端盖转弯处如处理不好会产生积液，从而使

进入下一个流程的液体分配不均匀，影响传热效果；

②水侧存在泄漏问题，由于折流板外缘与壳体间一般有1~3mm间隙，与传热管之间有2m

来源：火星时代 作者：不详

本教程合成效果非常简单。虽然用到的素材非常少仅玫瑰花和牛奶素材。不过作者处理的非常精细，特意把玫瑰花顶部不需要的部分模糊及压暗处理。这样可以很好的突出液滴部分。再整体调色并叠加上一些纹理素材，效果

非常动感，艳丽。

原图

最终效果

1、创建一个背景为透明的文件，该图层的高度应大于玫瑰花图片的尺寸。现在将玫瑰花图片导入，置于图层一上面。将第一个图层填充为黑色，可以看到图片的上面有一个黑边。

2、复制玫瑰图层，添加高斯模糊效果，半径为30像素。复制模糊图层并将两个模糊图层合并，现在将这个合并的图层向上移动，露出原来玫瑰花图层的底部。

3、复制原来的玫瑰花图层，置于其他图层的上面，并添加图层蒙版，用柔软的黑色笔刷在画面上缘涂抹（将模糊图层和复制的玫瑰花图层编组）。

4、复制组一，并将组一的图层合并成一个图层Group1 copy，为了分离模糊的背景和清晰前景，用磁性套索工具将模糊的玫瑰花区域选中。

5、在选中的选取添加高斯模糊效果，半径为5像素。

6、接着在选中的玫瑰花背景选区添加效果：打开图像调整色阶，按照下图修改数值。

7、现在调整色相/饱和度，按照下图修改数值。

8、接下来为了载入前景的清晰玫瑰花区域，打开选择