CFD Symulacja szronu na poziomych zimnych powierzchniach

Podsumowanie

W tym miejscu prezentujemy numeryczny model do symulacji powstawania szronu na poziomych zimnych powierzchniach przy użyciu wielofazowego modelu Eulera z podejściem zmiany fazowej Lee. Model dynamicznie aktualizuje frakcję objętościową szronu w celu uchwycenia zmian gęstości i jest weryfikowany na podstawie danych eksperymentalnych dotyczących grubości, gęstości i rozkładu szronu.

Streszczenie

Tworzenie się szronu jest powszechnym zjawiskiem obserwowanym w wielu różnych dziedzinach, w tym w chłodnictwie, budownictwie i przetwórstwie gazu ziemnego. Jednak ze względu na jego złożony charakter, opracowanie dokładnego i wiarygodnego modelu numerycznego pozostaje poważnym wyzwaniem. Pomimo wcześniejszych wysiłków mających na celu rozwiązanie tego problemu, obecne modele nadal mają pewne ograniczenia. W artykule przedstawiono zmodyfikowany numeryczny model powstawania szronu, opracowany w oparciu o podstawowe mechanizmy leżące u podstaw powstawania szronu. Model wykorzystuje podejście przepływu wielofazowego Eulera w połączeniu z modelem zmiany fazy Lee. Ponadto zaktualizowano podejście do określania maksymalnej frakcji objętościowej szronu, dzięki czemu model może uwzględniać zmiany gęstości podczas procesu zamrażania. Model jest rygorystycznie weryfikowany poprzez porównanie go z danymi eksperymentalnymi dotyczącymi grubości, gęstości i rozkładu z różnych badań. Wyniki wskazują, że średnie bezwzględne odchylenie względne (MARD) dla grubości szronu wynosi 8,97%, podczas gdy MARD dla gęstości wynosi 16,06%. Co więcej, morfologia szronu przewidziana przez model jest ściśle zgodna z obserwacjami eksperymentalnymi przedstawionymi w piśmiennictwie.

Wprowadzenie

Powstawanie szronu jest powszechnym zjawiskiem obserwowanym w wielu różnych dziedzinach. Nagromadzenie szronu na powierzchniach wymienników ciepła znacznie pogarsza wydajność wymiany ciepła¹, utrudnia przepływ płynu i zakłóca ogólną wydajność wymienników ciepła², ostatecznie utrudniając ich normalną pracę³. Dlatego zrozumienie mechanizmów i zachowania powstawania szronu ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania tego problemu w układach chłodniczych⁴. W ostatnich dziesięcioleciach znaczna część badań została poświęcona badaniu przyczyn i charakterystyki powstawania szronu w tych....

Protokół

1. Model fizyczny i siatka

1. Otwórz SpaceClaim, wybierz kartę Szkic i wybierz opcję Prostokąt w obszarze Utwórz.
2. Utwórz model geometryczny 2D na płaszczyźnie XOY o długości 500 mm wzdłuż osi x i szerokości 15 mm wzdłuż osi y.
3. Otwórz ICEM, przejdź do zakładki Plik, wybierz kartę Geometria , a następnie wybierz Otwórz geometrię i zaimportuj model geometrii 2D.
4. Wybierz obwiednię modelu 2D, otwórz funkcję Utwórz część na karcie Części i przypisz nazwy do różnych obwiedni.
5. Wybierz kartę Blokowanie

Wyniki

Zaproponowany zmodyfikowany model numeryczny skutecznie oddaje kluczowe cechy powstawania szronu. Opiera się na podstawowych mechanizmach leżących u podstaw wzrostu mrozu i wykorzystuje podejście Eulera do przepływu wielofazowego w połączeniu z modelem zmiany fazy Lee. Takie podejście pozwala modelowi zaktualizować maksymalną frakcję objętościową szronu, uwzględniając w ten sposób zmiany gęstości w całym procesie zamrażania. Symulacje pokazują, że model jest rygorystycznie weryfikowany poprzez porównanie jego przewidywań.......

Dyskusja

W ramach tych badań opracowano model numeryczny zdolny do symulacji powstawania szronu na niskotemperaturowej, poziomej zimnej powierzchni poprzez dynamiczne dostosowywanie górnej granicy frakcji objętościowej zgodnie zarówno z czasem, jak i warunkami pracy, odtwarzając w ten sposób zmiany gęstości szronu. Chociaż przedstawiona tutaj walidacja ogranicza się do konwencjonalnych temperatur zimnych powierzchni, model gwarantuje, że maksymalne odchylenie między symulowaną a eksperymentalną grubością szronu nie przekracza -20.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Biegły	ANSYS (Sieć ANSYS)
ICEM (Międzynarodowa Organizacja T	System Dassault
Roszczenie o przestrzeń	ANSYS (Sieć ANSYS)