一种基于Hughmark热平衡相变模型的蒸汽射流冷凝模拟预测方法与流程

本发明涉及多相流仿真技术，尤其涉及一种基于hughmark热平衡相变模型的蒸汽射流冷凝模拟预测方法。

背景技术：

1、蒸汽射流直接接触冷凝具有高的传热和传质效率，在能源动力领域得到了广泛的应用，研究蒸汽射流直接接触冷凝现象对相关系统设计具有重要意义。当带有不凝性气体的蒸汽喷射到水中后，气液两相接触会发生传热导致的冷凝现象(直接接触冷凝，dcc)。高速蒸汽注入过冷水池是直接接触冷凝过程中的一种典型凝结形式，直接接触冷凝工艺可分为稳定蒸汽射流、气泡振荡射流、界面振荡射流等7种类型，由于其在相界面传热传质能力强，已广泛应用于蒸汽驱动喷射器、压力抑制系统等核工业场合。因此，到目前为止，已经有许多研究者对其进行了研究。随着计算机科学的发展，计算流体力学(cfd)正在成为研究直接接触冷凝相关过程的一种越来越可行的工具。

2、对于纯蒸汽的凝结，ansys自带软件的凝结模型并不适合模拟剧烈的凝结现象，因为稳定蒸汽射流的凝结现象相当剧烈。当蒸汽中存在不凝性气体时，情况将变得更加复杂，仿真计算结果误差较大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于hughmark热平衡相变模型的蒸汽射流冷凝模拟预测方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于hughmark热平衡相变模型的蒸汽冷凝模拟预测方法，包括以下步骤：

3、1)将气液相界面温度作为局部压力下的饱和温度，假设蒸汽界面和气液相界面温度相同，两侧换热为零；假设将蒸汽和不凝性气体作为连续流体，根据蒸汽流动特性选择湍流模型，建立方程，包括能量守恒方程、动量方程、质量方程；

4、2)假设相界面温度和气体温度都等于当地的饱和温度，建立基于hughmark的热平衡相变模型；

5、相变模型如下：

6、

7、

8、

9、

10、qg＝hgafg(tg-ts)

11、qwa＝hwaafg(ts-tf)

12、

13、

14、其中，下标w,a和s分别表示水、空气和蒸汽，wa将水和空气处理为混合相；nu,re和pr分别为无量纲努塞尔数、雷诺数和普朗特数；k为热导率；hwa为对流换热系数；afg为气液两相界面面积密度；q为单位体积换热量；α为相含率；ps为水蒸气分压；h为焓值；dg表示相间传热特征尺度；rer表示相间雷诺数；下标g、s、f分别为气体、气液相界面、液体；tg,ts和tf分别为气体、相界面、液体的温度，mfg表示相间传质速率；

15、3)定义模型的边界条件，将蒸汽冷凝喷射喷嘴的进口和出口处的压力范围作为模型的边界条件；

16、4)选定蒸汽冷凝喷射的计算区域，对计算区域进行网格划分，，采用压力基求解器求解模型，将得到的计算数据进行后处理，包括饱和温度和相变速率；得到对应工况下的蒸气含率云图。

17、按上述方案，所述湍流模型选择realizable k-ε模型。

18、本发明产生的有益效果是：

19、本发明提出了纯蒸汽冷凝过程的热平衡相变模型，该模型能较好地预测纯蒸汽射流冷凝过程。

技术特征：

1.一种基于hughmark热平衡相变模型的蒸汽冷凝模拟预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于hughmark热平衡相变模型的蒸汽冷凝模拟预测方法，其特征在于，所述湍流模型选择realizable k-ε模型。

技术总结
本发明公开了一种基于Hughmark热平衡相变模型的蒸汽冷凝模拟预测方法，包括以下步骤：1)假设将蒸汽和不凝性气体作为连续流体，根据蒸汽流动特性选择湍流模型，建立方程，包括能量守恒方程、动量方程、质量方程；2)假设相界面温度和气体温度都等于当地的饱和温度，建立基于Hughmark的热平衡相变模型；3)定义模型的边界条件，将蒸汽冷凝喷射喷嘴的进口和出口处的压力范围作为模型的边界条件；4)选定蒸汽冷凝喷射的计算区域，对计算区域进行网格划分，采用压力基求解器求解模型，将得到的计算数据进行后处理，包括饱和温度和相变速率；得到对应工况下的蒸气含率云图。本发明提出了纯蒸汽冷凝过程的相变模型，该模型能较好地预测纯蒸汽射流冷凝过程。

技术研发人员：汪广怀,王畅,刘辰,陈家铭,王冰
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13