Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

CFD Symulacja szronu na poziomych zimnych powierzchniach

583 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/68133

⸱

12 września 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1School of Municipal and Environment Engineering, Shenyang Jianzhu University, 2Shenyang Polytechnic College, 3Laboratory of Thermo-fluid Science and Nuclear Engineering, School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University

W tym artykule

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 systemach.

Badania eksperymentalne wykazały, że na powstawanie szronu mają wpływ różne czynniki, w tym temperatura powietrza, wilgotność i temperatura zimnej powierzchni 5,6,7,8,9,10. Liczne wyniki badań eksperymentalnych wskazują, że niższe temperatury napływającego powietrza mają tendencję do powstawania grubszych warstw szronu6, podczas gdy wyższy poziom wilgotności przyczynia się do powstawania gęstszych warstw szronu7. Song i in. badali powstawanie szronu na powierzchniach poziomych i odkryli, że cykliczne zmiany temperatury zimnej powierzchni mogą powodować topnienie na granicy warstw szronu, co znacząco wpływa na szybkość tworzenia się szronu, grubość warstwy szronu i dynamiczną gęstość szronu8. Inne badania dotyczyły zarówno morfologii, jak i rozmieszczenia szronu. Jeong i in. zaobserwowali w swoich eksperymentach, że szron początkowo tworzy się w pobliżu wlotu, co prowadzi do wystąpienia zjawiska znanego jako wzgórze szronu9. Noorshams i in. zbadali powstawanie szronu na poziomej okrągłej powierzchni rury i stwierdzili, że warstwy szronu na przedniej i tylnej powierzchni cylindra były grubsze niż te na górnych powierzchniach10. Ponadto w kilku badaniach 11,12,13,14,15,16 opracowano modele do przewidywania jednowymiarowej grubości warstwy szronu, wykorzystując eksperymentalne wzorce powstawania szronu wraz z podejściami teoretycznymi i empirycznymi. Jones i Parker opracowali model predykcyjny grubości szronu oparty na teorii dyfuzji molekularnej11. Rozbieżność między ich modelem a danymi eksperymentalnymi utrzymywała się poniżej 30% w okresie 3 godzin. Wraz z postępem technologii obliczeniowej coraz większa liczba badaczy zwraca się ku obliczeniowej dynamice płynów (CFD) do symulacji powstawania szronu. W przeciwieństwie do tradycyjnych modeli jednowymiarowych, symulacje CFD zapewniają znaczące korzyści, szczególnie w zakresie wizualizacji rozkładu grubości szronu i profili temperatury. Cui i in. przeprowadzili symulacje CFD powstawania szronu w oparciu o teorię zarodkowania12. Ich przewidywania dotyczące grubości szronu wykazały odchylenie mniejsze niż 13% od danych eksperymentalnych dostarczonych przez Lenic et al.13. Równolegle badania CFD dotyczące kondensacji w rurach strukturalnych wykazały, że cechy geometryczne, takie jak wgłębienia14 lub skoki śrubowe15, poprawiają lokalny transfer ciepła i masy. Niedawno You i wsp.16opracowali dynamiczny model CFD oparty na siatce, który charakteryzuje warstwę szronu jako rosnące porowate podłoże i bezpośrednio włącza dyfuzję pary, osiągając względne odchylenie mniejsze niż 5% przy zachowaniu niskich kosztów obliczeniowych. Odkrycia te podkreślają potencjał CFD w rozwiązywaniu złożonych zjawisk przemian fazowych, oferując cenne informacje na temat modelowania powstawania szronu.

Podsumowując, znaczna liczba badań 5,6,7,8,9,10,11,12,13 dotyczyła powstawania szronu na zimnych powierzchniach, przyczyniając się do lepszego zrozumienia wzorców powstawania szronu przy różnych parametrach. Chociaż opracowano wiele modeli numerycznych, obejmujących różne wymiary i mechanizmy, często brakuje im kompleksowej walidacji. Większość badań 6,7,8,9,10,11,12,13 przede wszystkim waliduje modele z wykorzystaniem grubości szronu, ograniczając ich szersze zastosowanie 16. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, w artykule przedstawiono model numeryczny, który integruje model zmiany fazy Lee i model przepływu wielofazowego Eulera, z naciskiem na podstawowe mechanizmy leżące u podstaw powstawania szronu. Ponadto wprowadzono nowatorską metodę obliczania górnej granicy frakcji objętościowej szronu, biorąc pod uwagę zależne od czasu zmiany gęstości szronu, eliminując w ten sposób niedociągnięcia poprzednich modeli. Dokładność i wiarygodność proponowanego modelu są oceniane pod różnymi kątami, w tym pod kątem grubości szronu, wahań gęstości i wzorców tworzenia się szronu w różnych warunkach eksperymentalnych. Ta obszerna walidacja oferuje solidne ramy teoretyczne do dokładniejszego przewidywania zachowania mrozu w rzeczywistych zastosowaniach.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

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 , a następnie kliknij przycisk Utwórz blok. W oknie Utwórz blok zaznacz opcję Dziedzicz nazwę części . Następnie przejdź do zakładki Create Block i wybierz opcję Initialize Block.
  6. Na karcie Inicjalizacja bloków wybierz Blokowanie powierzchni 2D jako typ i zaznacz opcję Zainicjuj z ustawieniami.
  7. Na karcie Wybierz wybierz opcję Powierzchnia formy dla opcji Metoda. Następnie w obszarze Powierzchnie kliknij ikonę Wybierz powierzchnie i wybierz płaszczyznę 2D w oknie graficznym.
  8. Na karcie Blokowanie powierzchni wybierz opcję Przeważnie zmapowane dla opcji Metoda, Wszystkie Quad dla typu Swobodna siatka powierzchni i ICEM CFD Quad dla metody Swobodna siatka powierzchni.
  9. Na karcie Scal bloki w poprzek krzywych wybierz opcję Wszystko dla metody i ustaw opcję Ignoruj rozmiar na 0,0.
  10. Na karcie Parametry siatki wstępnej, w obszarze Parametry siatki, kliknij opcję Parametry krawędzi. W obszarze Krawędź kliknij ikonę Wybierz krawędź i wybierz krawędź w kierunku X w interfejsie graficznym.
  11. W obszarze Parametry siatki ustaw Węzły na 500, Odstępy 1 na 1e+10, Stosunek 1 na 2, Odstępy 2 na 1e+10, Współczynnik 2 na 2 i Maksymalny odstęp na 1e+10. Następnie zaznacz opcję Kopiuj parametry .
  12. W opcji Parametry siatki ustaw Prawo siatki na BiGeometric i kliknij przycisk Zastosuj. Na karcie Parametry siatki wstępnej, w obszarze opcji Parametry siatki, kliknij opcję Parametry krawędzi.
  13. Dla opcji Krawędź w obszarze Parametry siatki kliknij ikonę Wybierz krawędź (krawędzie) i wybierz krawędź w kierunku y w interfejsie graficznym.
  14. W obszarze Parametry siatki ustaw Węzły na 150, Odstępy 1 na 1e+10, Stosunek 1 na 2, Odstępy 2 na 1e+10, Współczynnik 2 na 2 i Maksymalny odstęp na 1e+10. Następnie zaznacz opcję Kopiuj parametry .
  15. W opcji Parametry siatki ustaw Prawo siatki na BiGeometryczne i kliknij przycisk Zastosuj. W opcji Blokowanie aktywuj funkcję Pre-Mesh i kliknij Tak , gdy zostaniesz o to poproszony.
  16. Kliknij prawym przyciskiem myszy Siatka wstępna, a następnie wybierz z menu kontekstowego opcję Konwertuj na siatkę nieustrukturyzowaną .
  17. Przejdź do karty Output Mesh (Siatka wyjściowa) i kliknij przycisk Solver Setup (Ustawienia solvera). W ustawieniach dodatku Solver wybierz opcję ANSYS Fluent jako solver i kliknij przycisk Zastosuj.
  18. Na karcie Dane wyjściowe kliknij pozycję Zapis danych wejściowych. W nowym oknie 1 kliknij przycisk Zapisz; w nowym oknie 2 kliknij Tak, a następnie Zapisz; w nowym oknie 3 kliknij Otwórz; i w nowym oknie 4 kliknij Gotowe.

2. Działanie oprogramowania do symulacji powstawania szronu

  1. Otwórz Ansys Fluent. Przejdź do zakładki Plik, a następnie wybierz opcję Siatka w obszarze Odczyt. Przejdź do siatki skali i ustaw mm w polu Siatka została utworzona w. Przedstawiona tutaj procedura opiera się na warunkach doświadczalnych określonych w przypadku 1 w tabeli 1.
  2. W ustawieniach dodatku Solver wybierz opcję Typ oparty na ciśnieniu , Wyrażenie prędkości bezwzględnej i Czas nieustalony.
  3. Ustaw Przyspieszenie grawitacyjne w kierunku Y na -9,81. W obszarze Modele kliknij opcję Energia i włącz równanie energii.
  4. W obszarze Modele włącz opcję Lepkość i wybierz k-epsilon (2 eqn). W sekcji Model k-epsilon wybierz opcję Standardowy.
  5. W przypadku obróbki przy ścianie wybierz opcję Standardowe funkcje ścian. W modelu wielofazowym turbulencji wybierz opcję Mieszanina.
  6. W polu Stałe modelu ustaw Cmu, C1-Epsilon, C2-Epsilon, TKE Prandtl Number, TDR Prandtl Number (Liczba Prandtla TDR), Dispersion Prandtl Number (Liczba Prandtla Distribution), Energy Prandtl Number (Energetyczna liczba Prandtl'a), Wall Prandtl Number (Turbulentna liczba Prandtl'a) i turbulentną liczbę Schmidta (turbulentna liczba Schmidta) odpowiednio 0,09, 1,44, 1,92, 1, 1,3, 0,75, 0,85, 0,85 i 0,7.
  7. W obszarze Funkcje zdefiniowane przez użytkownika ustaw mieszaninę lepkości turbulentnej, fazę-1, fazę-2 na brak. W obszarze Modele kliknij opcję Gatunki i włącz opcję Transport gatunków.
  8. W oknie Model transportu gatunków zaznacz opcję Źródło energii dyfuzji i wybierz fazę 1.
  9. W obszarze Modele włącz opcję Wielofazowy i wybierz model Eulera . W oknie Model wielofazowy wybierz opcję Volume Fraction Parameters Formulation Implicit i ustaw liczbę faz Eulera na 2.
  10. W oknie Model wielofazowy wybierz zakładkę Fazy , wybierz faza-1 - Faza pierwotna, ustaw nazwę jako faza-1 i ustaw Materiał fazy na szablon mieszaniny.
  11. W oknie Model wielofazowy wybierz zakładkę Fazy , wybierz faza-2 - Faza drugorzędna, ustaw nazwę jako faza-2, ustaw Materiał fazy na lód i włącz opcję Ziarnisty.
  12. W oknie Ustawienia faz na karcie Fazy wybierz Właściwość fazy jako Model temperatury granulacyjnej, ustaw Średnicę na 0,0001.
  13. W oknie Właściwości granularne na karcie Fazy ustaw Lepkość granulowaną na 1e-05, ustaw Ziarnistą lepkość objętościową na 30, ustaw Ciśnienie ciał stałych na lun-et-al, ustaw Temperaturę ziarnistą na algebraiczną, ustaw Lepkość tarcia na brak, ustaw Limit upakowania na zdefiniowany przez użytkownika, ustaw Rozkład promieniowy na lun-et-al, ustaw Moduł sprężystości na wyprowadzony.
  14. Na karcie Interakcja faz w oknie Model wielofazowy wybierz znacznik Siły . Następnie wybierz faza-1, faza-2, ustaw współczynnik na wen-yu.
  15. Na karcie Interakcja faz w oknie Model wielofazowy wybierz znacznik Siły . Następnie wybierz faza-2, faza-2, ustaw współczynnik restytucji na 0,9.
  16. Na karcie Interakcja faz w oknie Model wielofazowy wybierz zakładkę Obszar międzyfazowy . Następnie wybierz opcję ia-symetryczną .
  17. W obszarze Warunki brzegowe kliknij przycisk Wlot i wybierz zakładkę Faza-1, ustaw opcję Faza na Faza-1.
  18. W oknie Velocity Inlet (Wlot prędkości) na karcie phase-1 (Faza-1) wybierz zakładkę Momentum (Pęd), ustaw Method Velocity Specification (Metoda specyfikacji prędkości) na Magnitude (Wielkość), Normal (Normalna) na Boundary (Granica), ustaw Reference Frame (Układ odniesienia) na Absolute (Bezwzględna) i ustaw wartość Velocity Magnitude (Wielkość prędkości) na 0,6.
  19. W oknie Velocity Inlet fazy 1 wybierz Thermal tag, ustaw Temperature na 292.8. W oknie Velocity Inlet znacznika fazy-1 wybierz Znacznik gatunku , ustaw h2o na 0.008202.
  20. W obszarze Warunki brzegowe kliknij przycisk Wlot i wybierz znacznik faza-2 , ustaw opcję Faza jako faza-2.
  21. W oknie Wlot prędkości w fazie 2 tag wybierz znacznik Pęd, ustaw metodę specyfikacji prędkości na "Wielkość, normalna do granicy", ustaw Układ odniesienia jako bezwzględny, ustaw Wielkość prędkości na 0, ustaw Temperaturę ziarnistą na 0,0001.
  22. W oknie Velocity Inlet tagu phase-2 wybierz kartę Thermal (Termiczna ), ustaw Temperature (Temperatura) na 273. W oknie Velocity Inlet tagu phase-2 wybierz kartę Multiphase (Wielofazowy ), ustaw Volume Fraction (Ułamek objętościowy) na 0.
  23. W obszarze Warunki brzegowe kliknij opcję Wyjście i wybierz znacznik faza-1 , ustaw opcję Faza na fazę 1.
  24. W oknie Wylot ciśnienia na karcie Faza-1 wybierz zakładkę Termiczna , ustaw Całkowita temperatura przepływu zwrotnego na 300.
  25. W oknie Pressure Outlet na karcie phase-1 wybierz zakładkę Species , ustaw h2o na 0. W obszarze Warunki brzegowe kliknij przycisk Wyjście i wybierz zakładkę Faza-2, ustaw opcję Faza na Faza-2.
  26. W oknie Pressure Outlet (Wylot ciśnieniowy) na karcie phase-2 (Faza-2) wybierz zakładkę Thermal (Termiczna ) i ustaw Initial Flow Total Temperature (Całkowita temperatura przepływu zwrotnego) na 300.
  27. W oknie Pressure Outlet (Wylot ciśnieniowy) na karcie phase-2 (Faza-2) wybierz kartę Multiphase (Wielofazowy ), ustaw Backflow Granular Temperature (Temperatura granulatu przepływu zwrotnego) na 0,0001 (Fluid zwrotny Instrument Specification Method) na Volume Fraction (Frakcja objętościowa przepływu zwrotnego) na 0.
  28. 2.28 W obszarze Warunki brzegowe kliknąć Ściana i wybrać zakładkę zimna ściana , ustawić opcję Faza na mieszanie.
  29. W oknie ściany na karcie zimna ściana wybierz kartę Pęd, ustaw opcję Ruch ściany na Ściana stacjonarna, ustaw opcję Modele chropowatości ściany na Standardowa, ustaw Wysokość chropowatości na 0 i ustaw Stałą chropowatości na 0,5.
  30. W oknie ściany na karcie zimna ściana wybierz kartę Termiczna , wybierz Temperatura jako Warunki termiczne, ustaw Temperaturę na 252,65 i ustaw Materiał na stal.
  31. W obszarze Rozwiązanie kliknij pozycję Metody i otwórz okno Metody rozwiązania. W oknie Metody rozwiązania wybierz opcję Phase Coupled SIMPLE jako Schemat sprzężenia ciśnienie-prędkość, wybierz opcję Cell Based as Gradient Spatial Discretization, wybierz opcję Second Order jako Pressure Spatial Discretization, wybierz First Order Upwind jako Density Spatial Discretization, wybierz First Order Upwind jako Dyskretyzacja przestrzenna pędu, wybierz First Order Upwind jako Dyskretyzacja przestrzenna ułamka objętości, wybierz Pierwsze zamówienie pod wiatr jako Dyskretyzacja przestrzenna turbulentnej energii kinetycznej, wybierz Pierwsze zamówienie pod wiatr jako Dyskretyzacja przestrzenna współczynnika rozpraszania turbulentnego, wybierz Pierwsze zamówienie pod wiatr jako Dyskretyzacja przestrzenna energii, wybierz Pierwsze zamówienie pod wiatr jako faza 1 h2o Dyskretyzacja przestrzenna, wybierz Niejawne pierwszego rzędu jako Formuła przejściowa.
  32. W obszarze Rozwiązanie kliknij pozycję Formanty i otwórz okno Kontrolki rozwiązania. Ustaw współczynnik podrelaksacji ciśnienia na 0,4, ustaw współczynnik niedorelaksacji gęstości na 1, ustaw współczynnik podrelaksacji sił ciała na 1, ustaw współczynnik podrelaksacji pędu na 0,4, ustaw współczynnik podrelaksacji ułamka objętości na 0,4, ustaw współczynnik niedorelaksacji ułamka objętościowego na 0,4, ustaw współczynnik niedorelaksacji temperatury ziarnistej na 0,3, ustaw współczynnik niedorelaksacji turbulentnej energii kinetycznej na 0,3, ustaw współczynnik niedorelaksacji współczynnika niedorelaksacji turbulentnej na 0,3, ustaw współczynnik podrelaksacji lepkości turbulentnej na 0,3, ustaw współczynnik podrelaksacji lepkości turbulentnej na 0,3, ustaw współczynnik niedorelaksacji energii na 0,4, ustaw współczynnik niedorelaksacji fazy 1 h2o na 0,4.
  33. W obszarze Rozwiązanie kliknij przycisk Inicjalizacja i otwórz okno Inicjalizacja rozwiązania. Wybierz opcję Inicjalizacja standardowa jako metodę inicjalizacji, wybierz opcję Względnie względem strefy komórki jako układ odniesienia.
  34. W oknie Inicjalizacja rozwiązania ustaw Ciśnienie manometru na 0, ustaw Turbulentną energię kinetyczną na 0,00135, ustaw szybkość rozpraszania turbulentów na 0,001143987, ustaw fazę-1 X Prędkość na 0, ustaw fazę-1 Prędkość Y na 0, ustaw fazę-1 h2o na 0,008202, ustaw fazę-2 X Prędkość na 0, ustaw fazę-2 Prędkość Y na 0, ustaw frakcję objętościową fazy-2 na 0, ustaw temperaturę ziarnistą fazy 2 na 0,0001, ustaw temperaturę fazy-2 na 273. Następnie kliknij przycisk Inicjuj.

3. Konfiguracja przetwarzania końcowego i eksportu danych

  1. W obszarze Wyniki kliknij przycisk Kontury, aby otworzyć okno Kontury . W oknie Kontury włącz opcje Wypełnione, Wartości węzłów, Wartości graniczne, Zakres globalny i Zakres automatyczny. Wybierz Fazy jako Kontury typu i wybierz Ułamek objętościowy. Następnie wybierz Fazę 2 jako Fazę i kliknij przycisk Zapisz/Wyświetl.
  2. W obszarze Działania obliczeniowe kliknij pozycję Animacje rozwiązania , aby otworzyć okno Definicja animacji.
  3. W oknie Definicja animacji ustaw opcję Rekorduj po każdym na 1 i wybierz krok czasowy. Wybierz Plik HSF jako typ magazynu. Wybierz kontur-1 w opcjach obiektu animacji, a następnie kliknij przycisk OK.
  4. W obszarze Wyniki wybierz opcję Powierzchnie, a następnie kliknij opcję Nowa linia/Pochyl powierzchnię , aby otworzyć okno Linia/Pochyl powierzchnię.
  5. W oknie Linia/Powierzchnia nachylenia włącz opcję Linia, ustaw x0 [m] na 0,21, ustaw x1 [m] na 0,21, ustaw y0 [m] na 0, ustaw y1 [m] na 0,015, a następnie kliknij przycisk Utwórz.
  6. Na karcie Plik wybierz opcję Podczas obliczeń w obszarze Eksportuj. Następnie kliknij przycisk Dane rozwiązania , aby otworzyć okno Eksport automatyczny.
  7. W oknie Eksport automatyczny wybierz ASCII jako Typ pliku. Wybierz pozycję Centrum komórki jako lokalizację, wybierz pozycję Spacja jako ogranicznik. Ustaw opcję Eksportuj dane co na 1, a następnie wybierz opcję Przedział czasowy. W opcji Powierzchnie wybierz linię-1. W obszarze opcji Ilości wybierz Gęstość (faza-2) i Frakcja objętościowa (faza-2). Następnie kliknij przycisk Przeglądaj, otwórz okno Wybierz plik. W oknie Wybierz plik kliknij przycisk OK. W oknie Eksport automatyczny kliknij przycisk OK.
  8. W obszarze Czynności obliczeniowe kliknij przycisk Autozapis (każdy czas przepływu), aby otworzyć okno Autozapis. Następnie ustaw opcję Zapisz plik danych co [s] na 100, wybierz Czas przepływu, wybierz opcję Tylko jeśli zmodyfikowano jako Zapisz skojarzone pliki spraw i kliknij OK.
  9. W obszarze Rozwiązanie kliknij przycisk Uruchom obliczenie , aby otworzyć okno Uruchom obliczenie. Następnie wybierz Stała jako Typ postępu czasu i Określona przez użytkownika jako Metoda postępu czasu.
  10. W oknie Uruchom obliczanie ustaw liczbę kroków czasowych na 7200, ustaw rozmiar kroku czasu na 1, ustaw maksymalną liczbę iteracji/kroku czasu na 20, ustaw interwał raportowania na 1 i ustaw interwał aktualizacji profilu na 2. Następnie kliknij przycisk Oblicz.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

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...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

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...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie są im znane żadne konkurencyjne interesy finansowe ani powiązania osobiste, które mogłyby mieć wpływ na pracę opisaną w tym artykule.

Podziękowania

Badania te są wspierane przez (XLYC2203184), (U23A20657) i (LJ222410153082).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
BiegłyANSYS (Sieć ANSYS)
ICEM (Międzynarodowa Organizacja TSystem Dassault
Roszczenie o przestrzeńANSYS (Sieć ANSYS)

Bibliografia

  1. Saygin, A., Basol, A. M., Arik, M. An experimental study on the frost formation over a flat plate: Effect of frosting on heat transfer. Exp Therm Fluid Sci. 144, 110862(2023).
  2. Fang, X., et al. A new frictional pressure drop correlation based on flow patterns for hydrocarbon refrigerants condensation flow. Int J Refrig. 170, 214-223 (2025).
  3. Rong, X., et al. Experimental study on a multi-evaporator mutual defrosting system for air source heat pumps. Appl Energy. 332, 120528(2023).
  4. Jia, Y., Xu, X., Li, Y., Liang, X., Yao, M. Experimental studies on frost and defrost of fine tube bundles under coolant temperature between −20 and −5 °C. Int J Heat Mass Transf. 116, 617-620 (2018).
  5. Song, M., Dang, C. Review on the measurement and calculation of frost characteristics. Int. J. Heat Mass Transf. 124, 586-614 (2018).
  6. Lee, J., Lee, K. -S. The behavior of frost layer growth under conditions favorable for desublimation. Int J Heat Mass Transf. 120, 259-266 (2018).
  7. Lee, Y. B., Ro, S. T. Frost formation on a vertical plate in simultaneously developing flow. Exp Therm Fluid Sci. 26 (8), 939-945 (2002).
  8. Mengjie, S., Shangwen, L., Hosseini, S. H., Xiaoyan, L., Zhihua, W. An experimental study on the effect of horizontal cold plate surface temperature on frosting characteristics under natural convection. Appl Therm Eng. 211, 118416(2022).
  9. Jeong, H., Byun, S., Kim, D. R., Lee, K. S. Frost growth mechanism and its behavior under ultra-low temperature conditions. Int J Heat Mass Transf. 169, 120941(2021).
  10. Barzanoni, Y., Noorshams, O., Basirat Tabrizi, H., Damangir, E. Experimental investigation of frost formation on a horizontal cold cylinder under cross flow. Int J Refrig. 34 (4), 1174-1180 (2011).
  11. Jones, B. W., Parker, J. D. Frost formation with varying environmental parameters. J Heat Transf. 97 (2), 255-259 (1975).
  12. Cui, J., Li, W. Z., Liu, Y., Jiang, Z. Y. A new time- and space-dependent model for predicting frost formation. Appl Therm Eng. 31 (4), 447-457 (2011).
  13. Lenic, K., Trp, A., Frankovic, B. Transient two-dimensional model of frost formation on a fin-and-tube heat exchanger. Int J Heat Mass Transf. 52 (1-2), 22-32 (2009).
  14. Yu, J., Huo, R., Shen, H., Li, X., Zhu, Z. A simulation study on the condensation flow and thermal control characteristics of mixed refrigerant in a dimpled tube. Appl Therm Eng. 231, 120889(2023).
  15. Yu, J., Jiang, Y., Cai, W., Li, X., Zhu, Z. Condensation flow patterns and heat transfer correction for zeotropic hydrocarbon mixtures in a helically coiled tube. Int J Heat Mass Transf. 143, 118500(2019).
  16. You, Y., Wang, S., Lv, W., Chen, Y., Gross, U. A CFD model of frost formation based on dynamic meshes technique via secondary development of ANSYS Fluent. Int J Heat Fluid Flow. 89, 108807(2021).
  17. Cai, W., Fang, X., Li, S., Qiu, G. A modified CFD model for frosting on a horizontal plate. Int J Heat Mass Transf. 229, 125726(2024).
  18. Boyina, K. S., et al. Condensation frosting on meter-scale superhydrophobic and superhydrophilic heat exchangers. Int J Heat Mass Transf. 145, 118694(2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Powstawanie szronumodel numerycznyprzep yw wielofazowyzmiana fazy Leemorfologia szronugrubo szronug sto szronuzmienno g sto ciwalidacja eksperymentalna
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.