熔盐蓄热-Fluent相变模拟记录

糊状区常数给默认的100000跑熔盐冷管填充，算出来凝固前沿的穿透距离只有7mm，查文献发现HTS盐应该用5×10⁴，改完再跑，穿透距离拉到42mm，跟实验值对上了。这个参数管的是糊状区流动阻力的大小，给大了凝固界面像一堵墙，给小了糊状区像稀泥。路径D:\Fluent_work\molten_salt\mushy_constant.txt。

熔盐物性先理一遍，太阳盐60%NaNO3+40%KNO3，密度1980 kg/m³，比热1575 J/(kg·K)，导热系数0.59 W/(m·K)，粘度0.00461 kg/(m·s)，热膨胀系数5.47e-5 /K，潜热140000 J/kg，固相线495K，液相线519K。固相线和液相线差24K，这个温差就是糊状区的温度范围，设成0的话就是纯物质相变，熔盐实际是混合物，必须给一个范围。Fluent里在材料属性面板的Solidification/Melting标签页填这三个数，Solidus Temperature、Liquidus Temperature、Pure Solvent Melting Heat，Pure Solvent Melting Heat就是潜热，单位J/kg。

模型开启顺序不能乱，先开能量方程，再开Solidification/Melting，Solidification/Melting打开的时候Fluent自动把能量方程勾上，反过来先开凝固模型再想开能量方程，那个勾选框是灰的，点不动。多相流模型不用开，熔盐相变用焓-孔隙率模型是单相等效的，固液两相用一个液相分数来区分，液相分数0是纯固，1是纯液，中间是糊状区，Fluent通过动量源项把糊状区的速度压到接近零。打开组分输运的话，Lever Rule和Scheil Rule二选一，纯熔盐不开组分输运，这俩用不上。Boussinesq那个选项熔盐算例里一般不勾，密度随温度变化的影响在自然对流里体现，直接用温度相关的密度或者Boussinesq近似，有篇论坛帖子里讨论过这个，温度相关密度加零操作密度是最稳的做法。

网格和时间步是一对，网格量50k左右，边界层加密，时间步0.01s，能量残差1e-8，速度和连续性1e-5。有篇论文做了网格和时间步无关性验证，网格从25k加到50k，液相分数偏差从2.47%降到0.31%以下，时间步从0.02s减到0.01s，偏差跟着降，再往下减到0.005s和0.0025s，偏差变化不超过0.31%，说明0.01s够用了。压力速度耦合用SIMPLE，压力离散PRESTO，动量二阶迎风，能量二阶迎风，液相分数用Geo-Reconstruct。松弛因子压力0.3动量0.7液相分数0.9能量0.8到1.0，发散的话液相分数降到0.5。

UDF读写的时候有个函数记牢，C_LIQF(c,t)读单元液相分数，这个宏只在凝固模型打开的时候能用，流体单元里才有值，固体单元里读出来是零。写后处理监测的时候，用这个宏在DEFINE_ON_DEMAND里遍历所有单元，算平均液相分数和最大温度，输出到文件。DEFINE_ADJUST里也能用，每个时间步调整一次，做自适应时间步或者边界条件切换的时候用得着。有篇论坛帖子里讨论过用Named Expression来做边界条件切换，IF语句判断平均温度跟液相线的关系，温度低于液相线给热流边界，高于就给对流边界，但有个问题，温度在液相线附近波动的时候边界条件在两个值之间反复跳，算不稳。稳妥的做法是在UDF里加一个迟滞区间，温度降到液相线下5K再切，升到液相线上5K再切回来，避免震荡。

熔盐蓄热单罐的典型案例，管壳式结构，壳侧填熔盐，管侧走导热油或者水。文献里一个三套管加叶片状翅片的算例，纯熔盐2500秒熔化36%，加了MoS2和Fe3O4纳米颗粒之后熔化率提到55%，叶片状翅片比无翅片的基准case熔化率提升91%。这些数据存到D:\Fluent_work\molten_salt\literature_data.xlsx里，下次做翅片优化的时候拿来对比。

后处理看液相分数云图，CFD-Post里选Liquid Fraction，0到1，颜色从蓝到红，糊状区那条过渡带就是凝固前沿。温度场跟液相分数叠在一起看，温度梯度大的地方凝固前沿推进快。监测点放在冷管壁面附近和中心线上，记录温度随时间变化，跟热电偶实测数据对比，偏差超过5%的话查糊状区常数和自然对流的密度设置。D:\Fluent_work\molten_salt\ 下面那个case跑完了，糊状区常数用的5×10⁴，穿透距离42mm，跟文献的HTS盐数据对上了，下次把太阳盐的配方从60/40改成55/45，液相线温度会降几度，那个物性参数是……

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删