冰水固流转化过程两相流仿真

· 项目背景

本项目对冰水固流转化的传热过程进行仿真模拟,结果显示了固流转化的动态过程,体现温度场对融化速率的影响。

· 仿真方法

冰融化过程较为复杂,除了要考虑流动传热过程的耦合之外,还需要采用变形几何模拟冰水界面的移动,需要考虑以下仿真要点。

1、流动传热过程

气体流动采用纳维斯托克斯方程求解,传热过程采用能量方程求解。需要采用布辛涅斯克近似计算流体中的自然对流过程。

2、变形几何

采用变形几何和动网格跟踪冰水相变界面,以呈现冰融化过程界面的移动。

3、感应耦合等离子体中的电子加热过程

感应耦合等离子体中的电子加热过程主要包括欧姆加热和随机加热/无碰撞加热两种。欧姆加热是因为主等离子体区内存在电场,由于存在电子-中性粒子碰撞,这个电场会对电子加热。随机加热是由于电子和一个振荡的高压鞘层碰撞产生。气压较低时相对显著。

4、等离子体和磁场的耦合建模

在ICP反应器中,高频(通常为13.56 MHz)驱动线圈会在z方向产生一个磁场,在θ方向产生一个高频电场。这一对正交的电磁场,在电子能量守恒方程中需添加电磁场对电子加热过程。对于非磁化、非极化等离子体,感应电流在频域中通过安培定律求解。

· 仿真结果

冰融化两相流

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