【摘要】:目前常用的空化模型有三种。在CFX中,上述参数默认设置为:rnuc=5.0×10-4,RB=2.0×10-6m,Fe=5.0,Fc=0.01。Zwart模型的气化参数Fe和压缩系数Fc在如下范围内调整:30≤Fe≤500,5.0×10-4≤Fc≤8.0×10-2,最佳值为Fe=300,Fe=0.03。
目前常用的空化模型有三种。
1.Zwart模型
Zwart模型是CFX中默认的质量传输模型。它基于空泡动力学中简化的Rayleigh-Plesset方程:
在上述方程中,PV是气相压力,P是水蒸气饱和压力,rnuc是成核位置的气相体积分数,RB是成核位置的气泡半径,Fe和Fc分别是气化和压缩过程中的两个经验参数。在CFX中,上述参数默认设置为:rnuc=5.0×10-4,RB=2.0×10-6m,Fe=5.0,Fc=0.01。
而且上述方程显示压缩和气化不是对称的。特别在气化方程中,随着气相体积分数增加,a由rnuc=(1-a)代替,成核位置密度必须相应减小。
2.完全空化模型
由Singhal等提出的质量传输模型,最初被称为完全空化模型,现在用在一些商业CFD软件中,如Fluent和PUMPLINX。这种模型也是基于空泡动力学简化的Rayleigh-Plesset方程,方程如下:
式中,fV是气相质量分数,k(m2/s2)是湍动能,T(N/m)是表面张力,Ce=0.02和Cc=0.01是两个经验校正系数。
值得注意的是,在本文中,为了方便,我们没有使用这个模型的原方程,而使用了由Huuva提出的方程,气相质量分数fV由气相体积分数a代替。(https://www.chuimin.cn)
3.Kunz模型
Kunz质量传输模型基于Merkle等的工作,现在是OpenFOAM中使用的一种质量传输模型。在这个模型中,不同于如上提到的模型,质量传输采用了液相产生
和消失
的对策。从液相到气相的变化被校正成与压力场低于气化压力的部分成比例。从气相到液相的变化是体积分数g的三次多项式函数。比质量传输率定义为
:
在上述方程中,U∞(m/s)是自由来流速度,t∞=L/U∞是时间尺度上的平均流,L是特征长度尺度。Cdest和Cprod两个经验参数。在原有方程中Cdest=100,Cprod=100。
下面修正结果。
Zwart模型的气化参数Fe和压缩系数Fc在如下范围内调整:30≤Fe≤500,5.0×10-4≤Fc≤8.0×10-2,最佳值为Fe=300,Fe=0.03。
对于FCM模型,气化系数Ce和压缩系数Cc分别在如下范围内进行调整:0.01≤Ce≤1,1.0×10-6≤Cc≤1.0×10-2,最佳值为Ce=0.40,Cc=2.30×10-4。
Kunz模型中调整范围是,100≤Cdest≤5000,10≤Cprod≤1000,最佳值为Cprod≤455,Cdest=4100。
各个模型系数校正前后的对比:
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