fluent中蒸发-冷凝的Lee模型

蒸汽传输方程

Lee模型是一个具有物理基础的力学模型。它与Mixture模型和VOF多相模型一起使用。在Lee模型中，液体-蒸汽传质（蒸发和冷凝）由蒸汽传输方程控制：

\[\frac{\partial}{\partial t}(\alpha_{\nu}\rho_{\nu})+\nabla\cdot(\alpha_{\nu}\rho_{\nu}\vec{V}_{\nu})=\dot{m}_{l\nu}-\dot{m}_{\nu l} \]

\(\alpha_{\nu}\) ：蒸汽相体积分数；
\(\rho_{\nu}\) ：蒸汽相密度；
\(\vec{V}_{\nu}\) ：蒸汽相速度
\(\dot{m}_{l\nu}-\dot{m}_{\nu l}\) ：分别为蒸发和冷凝引起的传质速率。这些速率使用的单位为\(kg/s/m^3\)

Ansys Fluent将正传质定义为蒸发-冷凝问题中从液体到蒸汽的传质。

传质过程

当液相温度大于饱和温度时，属于蒸发过程，蒸发速率表示为：

\[{\dot{m}}_{l V}=c o e f f*{\alpha_{l}}\rho_l\frac{\left(T_{l}-T_{s a t}\right)}{T_{s a t}} \]

当蒸汽相温度小于饱和温度时，属于冷凝过程，蒸发速率表示为：

\[{\dot{m}}_{V l}=c o e f f*{\alpha_{v}}\rho_v\frac{\left(T_{s a t}-T_{v}\right)}{T_{s a t}} \]

coff是一个必须微调的系数，可以理解为弛豫时间。α和ρ分别是相的体积分数和密度。能量方程的源项可通过将传质速率乘以潜热获得。

\[c o e f f={\frac{6}{d_{b}}}\beta\sqrt{\frac{M}{2\pi R T_{S a t}}}\;L\biggl({\frac{\alpha_{\nu}\rho_{\nu}}{\rho_{l}-\rho_{\nu}}}\biggr) \]

其中，\(d_b\) 是气泡直径(m)；β是所谓的容纳系数，表示进入液面并被液面吸附的蒸汽分子部分；R是通用气体常数；P*表示蒸汽侧界面上的蒸汽分压；L是潜热（焦耳/千克）。
请注意，理论上冷凝和蒸发表达式的系数应该是不同的。此外，理论表达式基于已知β 的假设。气泡直径和容纳系数通常不是很清楚，因此必须根据实验数据对系数进行微调，默认情况下，蒸发和冷凝的系数均为 0.1。然而，在实际情况中，该系数的数量级可能高达\(10^3\)。