شبيه‌سازي عددي جريان فيلم ميعان آرام روي صفحه قايم با روش حجم سيال

Numerical Simulation of Laminar Film Condensation over Vertical Plate with VOF Method

در اين مطالعه روش حجم سيال از نرم‌افزار متن باز اپن فوم براي شبيه سازي فرآيند ميعان توسعه داده شده است. دوفاز غيرقابل تراكم و مخلوط نشدني است و فاز بخار در حالت اشباع قرار دارد. فصل مشترك بين دو فاز با روش حجم سيال تابع رنگ (CF-VOF) مدلسازي مي شود، كشش سطحي بين دوفاز با روش نيروي سطح پيوسته (CSF) و انتقال جرم بين دوفاز با مدل انتقال جرم لي (Lee) درنظر گرفته شده است. كوپل بين فشار و سرعت با الگوريتم پيزو (PISO) و براي شبكه ي ناجابجا برطرف شده است. براي اعتبارسنجي اين حلگر، مسيله ي يك بعدي استفان شبيه سازي شده است. در مسيله ي استفان حركت فصل مشترك از ديوار سرد از حل عددي با حل تحليلي مقايسه شده است. سپس با اين حلگر جريان آرام فيلم ميعان روي سطح قايم تحت تاثير گرانش شبيه سازي مي شود. ضخامت فيلم ميعان از حل عددي مقدار كمتري نسبت به حل تحليلي پيش‌بيني مي كند. اين مطالعه نشان مي دهد كه عدد نوسلت تابع گرماي ويژه ي فاز بخار است و نياز است تا روابط تحليلي و تجربي كه تاكنون براي محاسبه ي عدد نوسلت جريان فيلم سيال ارايه شده است اصلاح گردد.

In the present study, volume of fluid method in Open FOAM open source CFD package will be extended to consider phase change phenomena due to condensation process. Both phases (liquid–vapor) are incompressible and immiscible. Vapor phase is assumed in saturated temperature. Interface between two phases is tracked with color function volume of fluid (CF-VOF) method. Surface Tension is taken into consideration by Continuous Surface Force (CSF) model and mass transfer occurring along interface is considered by Lee mass transfer model. Pressure-Velocity coupling will be solved with PISO algorithm in the collocated grid. This solver is validated with Stefan problem. In one dimensional Stefan problem, the desistance of interface motion from cold wall is compared with the analytical solution. Then condensate laminar liquid film flow over vertical plate is simulated in the presence of gravity. Numerical result shows calculated film thickness from numerical simulation is thinner than analytical solution. Also, it shows Nusselt number is a function of vapor specific heat which is neglected in existing correlations, therefore analytical solution and experimental correlation should be modified to consider this effect on the Nusselt Number.