2. Подготовка модели 2.1. Установка параметров решателя: Define - Models - Solver...

Для многофазных расчётов должен использоваться раздель-

ный решатель (segregated solver).

Рис. В.10.22. Свойства решателя

Под надписью Space (Пространство) выберите Axisymmetric (Осесимметричный). Остальные параметры оставьте по умолчанию.

Замечание: для точного моделирования образования пузырьков пара их роста, распада и обратного перехода в воду необходимо применять нестационарный расчёт. При таком допущении может наблюдаться картина кавитации, несколько отличающаяся от реальной.

2.2. Включите многофазную модель с эффектами кавитации:

Define - Models – Multiphase...

274

Рис. В.10.23. Задание многофазности

Выберите Mixture (Смесь) в качестве Model. Панель расширится. Под надписью Mixture Parameters (Параметры смеси) отключите опцию Slip Velocity (Скорость скольжения).

Поскольку нет значительного различия между скоростями фаз, нет необходимости расчёта уравнения скорости скольжения (slip velocity equation).

2.3. При необходимости включите в расчет уравнение энергии (для учета температуры):

Define - Models – Energy...

Рис. В.10.24. Уравнение энергии

275

2.4. Включите стандартную k-ε модель турбулентности со стандартными стеночными функциями (standard wall functions):

Define - Models – Viscous...

Выберите модель k-ε вместо ламинарной (см. рис. В.10.25). Оставьте выбранное по умолчанию «Standard» под надписью

«k-epsilon Model» и «Standard Wall Functions» (Стандартные сте-

ночные функции) под надписью «Near-Wall Treatment» (Пристеночный анализ).

Рис. В.10.25. Выбор k-ε в качестве модели турбулентности

2.5. Материалы

Выберите из базы данных FLUENT материалы для двух фаз: воды и водяного пара:

Define – Materials...

276

Рис. В.10.26. Свойства материалов

Войдите в базу данных, нажав кнопку «Fluent database...».

Рис. В.10.27. База материалов FLUENT

В списке «Fluid Materials» (Жидкие материалы) выберите «wa- ter-liquid (h2o<l>)» (вода-жидкость) и «water-vapor (h2o)» (вода-

пар). Нажмите «Copy» для копирования информации по выбранным материалам в модель. Закройте панель «Database Materials».

277

Значение плотности «Density» и вязкости «Viscosity» для пара и воды брать из программы.

Нажмите «Change/Create» (Изменить/Создать).

2.6. Фазы Определение фаз воды и водяного пара: Define - Phases...

Рис. В.10.28. Параметры фаз потока

Для двухфазного течения выбираем первую и вторую фазы и вещества, которые им соответствуют. Определение параметров производится через кнопку «Set...» Установите воду в качестве первой фазы. Выберите phase-1 и нажмите кнопку «Set...» (Установить...). В панели Primary Phase (Первая фаза) введите слово в качестве названия первой фазы («Name»). Выберите воду из списка «Phase Material» (Материал фазы). Установите водяной пар в качестве второй фазы (рис. В.10.30, В.10.31). Для кавитационного режима установим флажок на вкладке «Mass» меню, вызываемого через кнопку «Interaction» (рис. В.10.29).

278

Рис. В.10.29. Установка параметров кавитационного режима течения

Рис. В.10.30. Установка первой фазы

Рис. В.10.31. Установка второй фазы

Объёмная доля водяного пара в смеси «Volume Fraction» на начало расчета должна быть равна нулю.

279

Параметры, характеризующие кавитацию:

«Vaporization Pressure» (Давление испарения) – в значительной степени зависит от температуры, значение по умолчанию - давление испарения воды при температуре 300 K; параметр газа «Non Condensable Gas» (Неконденсируемый газ), массовое содержание неконденсируемого газа в рабочей жидкости. 1,5 10-5 (15 ppm - частей на миллион) - это типичное содержание растворенного воздуха в воде; «Liquid Surface Tension» - поверхностное натяжение жидкости. Поверхностное натяжение жидкости также в значительной степени зависит от температуры.

2.7. Рабочие условия Установите точку отсчета рабочего давления - 0 Па. По умол-

чанию в поле введено нормальное атмосферное давление 101325Па. Чтобы в результатах расчета избежать появления отрицательных значений давления, сдвинем точку отсчета на 0:

Define - Operating Conditions...

Рис. В.10.32. Точка отсчета давления и влияние гравитации на процесс течения

2.8. Граничные условия

2.8.1. Установите параметры для входа (inlet).

Для многофазной модели смеси необходимо устанавливать

условия для смеси (т.е. условия, применимые для всех фаз) и усло-

280

вия, специфичные для первой и второй фазы. В условиях кавитации нужны только условия для смеси и второй фазы.

Установите параметры для смеси: Define - Boundary Conditions...

Рис. В.10.33. Список граничных условий

В панели «Boundary Conditions» (Граничные условия) для зоны «inlet» оставьте выбранное по умолчанию «mixture» (смесь) в списке Phase (Фазы) и нажмите «Set...». В новом окне введите: 187534 Па для Gauge Total Pressure (Полное давление на внешней грани первого слоя элементов) и несколько меньшее давление –

187531 Па – для Supersonic/Initial Gauge Pressure (Сверхзвуко-

вое/Начальное избыточное давление на входе в трубку на внутренней грани первого слоя элементов). Перепад давлений инициирует начальную скорость течения жидкости в трубке 0,8 м/с (соответствует расчетам).

281

Рис. В.10.34. Установка значений давления на входе

имодели турбулентности

Всписке «Direction Specification Method» (Метод задания на-

правления) оставьте выбранное по умолчанию «Normal to Boundary» (Нормальное к границе). В списке «Turbulence Specification Method» (Метод задания турбулентности) либо оставьте выбранное по умолчанию «K and Epsilon» и тогда под надписью «Turb. Kinetic Energy» (Кинетическая энергия турбулентности) введите 0,02, либо при известных диаметрах входа и выхода выберите «Intensity and Hydraulic Diameter». В этом случае нужно задать интенсивность турбулентности потока, который по умолчанию равен 10% и гидравлический диаметр 0,026 м – сечение входа

ивыхода.

2.8.2. Установите граничные условия для давления на выходе

(outlet).

Установка параметров для смеси на выходе из трубы производится аналогично зоне входа (рис. В.10.33, В.10.35).

282