气液两相流数值模拟中UDF的应用

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气液两相流数值模拟中 U D F的应用刘伟白 晶 (哈尔滨电力职业技术学院黑龙江哈尔滨1 5 0 0 0 1 )【摘￣] F L U E N T中 M i x t u r e模型不能模拟两相中液相向气相转换时的质量传递、能量传递，本文利用 C语言通过 U D F自定义编写实现两相流的数值模拟。

【关键词】 F L u E N T;两相流； U D F

0引言F L U E N T多相流模型中，有三种模型： V O F、 M i x t u r e、 E u l e r i a n模型。模拟两相流由于各种限制条件最终选择 M i x t u r e,由于模型本身并没有两相中液相向气相转换时的质量传递、能量传递Ⅲ。因此必须通过 U D F自定义编写，通过 c语言为平台利用 F l u e n t的编程语言 (宏)来实现编程。

2相问摩擦系数的编写F L U E N T中相间摩擦与气液两相流理论中的摩擦压降不同.气液两相流理论中的摩擦压降主要是通过大量实验 .总结实验数据归纳关系式，因此具有一定的局限性，不具有通用性； F L U E N T中的相间的摩擦力主要是建立在相间的相对速度。两相间的摩擦阻力 F D用式 ( 1— 2 )表示：一

1质量、能量方程的编写质量、能量方程编写主要是通过 D E F I N E— S O U R C E宏来编写，由 于工质的蒸发沸腾的复杂性 .没有具体的经验公式。因此采用近似公式表示：m=k * C _ VOF C—

c D I Y C P I 一争 - 6毒 』 出 ( _ 2 )} j V C p f ( 1 - 3 )

上式右边第一项为粘性曳力，省略后面两个项。则曳力公式为：一

R _ I C T—T _ S A T t/ T _ S A T

( 1 - 1 )

式中： m为沸腾过程中相间转换的质量， k异； c _、 r 0 F为相的体积

式中： A p第二相气泡的截面积， m 2;第二相气泡的密度， k g/ m 3; G为曳力系数； V c p为相对速度， m/ s。

分数； C _ R为相的密度， k g/ m 3; C _ T为各相的温度， K; T S A T为沸点， 如式 ( 1— 4 )可知，曳力函数是压力梯度的函数日，因此只有电力函在具体的计算过程中体积分数、密度、温度都有气相与

液相之分。 数的正确计算，才能正确计算压力梯度的变化。然而曳力函数是通过因为采用的是近似公式因此在结果上还存在误差 .但是这也给用计算曳力系数来确定，在F L U E N T中曳力系数 C| '是雷诺数 R e的函数 F L U E N T混合模型模拟沸腾传热提供了一种近似的方法没有采用如式 ( 1 - 5 )所示： U D F的模拟结果如图 I - 1所示。 1图 l一 1表明 .在没有导入沸腾质量和能量 U D F的计算结果中就 Ap p c C o c P= VP ( 1— 4 ) 没有气相的产生：压强基本不变 .较小的变化来源于工质与绕组线圈 C D= 2 4 ( 1+ 0 . 1 5 R e 0 . 6 8 7 )/ R e R e量1 0 0 0 壁面的粘性摩擦而不是两相间的摩擦力。可见。成功的编写沸腾换热的质量和能量的 U D F是F L U E N T能够模拟沸腾换热的前提条件.而导 O . 4 4 Re>1 0 0 0 ( 1 - 5) 人U D F的模拟结果与计算结果有误差。但是趋势总体是基本一致的。 式中： R e为相对雷诺数：- -

=

R e=t| H

! !生

, 1 - 6 )

式中： P 为主相密度， k s/ m ;、为速度向量， m/ s; d￣为第二相气蝴H稿- -●

泡的直径， m; 为运动粘度， m z, s。

由式 ( 1— 5 )可知曳力系数 c 是相对雷诺数 R e的函数，但是没有反映出第二相得体积分数对曳力的影响 .由气液两相流相关理论可知，气相得体积分数越大，相间摩擦力越大。相反越小 .所以必须对

- .一

—●■●

翻■ 俏■翱—雌悄_

F L U E N T中自带的曳力系数c 进行修正。修正函数如下[ 3 1:

= _ 2 4( _1+ o 1 5 R e。 ).

R e< 1 0 0 0

( 1 - 7 )

●■■■桕●●越 l l蓐.

: o - 4 5{ 【± ! ! 1: 8 ! }R e> 1 0 0 0 6 7 f ( ) j.

翩

螂

式中： v 为主相流 m体的运动粘度

)= P ( Y。 一 1

( 18 )-

,

m￣ s; v为混合相的动力粘度，

混合相的动力粘度计算公式如下 .

n

=

( 1 - 9 )

式( 1— 7 )、 ( 1— 8 )将曳力系数 c 与第二相的体积分

数联系在一起，翻_■—

■●

删

从而使工质沸腾的两相段的相间摩擦力与第二相体积分数联系起来相间摩擦力有两部分组成，在重力的影响下，气相密度小于液相，因此气相随着产生慢慢向定子绕组线圈的上部汇集，在汇集过程中与主流液相产生摩擦力：第二部分是由于密度不同.因此两相的流动速度不同，速度差加剧了相间的摩擦。因此相间摩擦力是与气相的体积分数成比例的，体积分数越大，相间碰撞几率越大摩擦力越大。 下面是修正前的 c 与修正后的 c 对F L U E N T模拟结果的影响，l 蛾叁

●

j - _—舳

对压力的影响。 从图 1 - 2可以看出，修正前后虽然 c 在趋势上都是递增的，但在

图 1— 1未采用 U D F模拟结果

数值上修正后的c 是修正前c 值的2倍。 c 值越大， (下转第4 2页)

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