ANSYS Fluent 中直接沉淀结垢用户自定义壁面函数的实现、演示与验证

在先前的论文（Johnsen et al., 2015）和报告（Johnsen et al., 2016）中，我们开发并演示了一个通用建模框架，用于对在壁面处变得过饱和的多组分流体混合物的直接沉淀结垢进行建模。该建模概念涉及流体组分通过近壁湍流边界层的一维输运。控制方程包括每个流体组分的雷诺平均（RANS）对流-扩散方程，以及流体混合物的轴向动量方程和能量方程。扩散输运的驱动力是组分化学势的局部梯度。吸附机制本身未被建模，但吸附的时间尺度反映在流体-固体界面处沉积组分的 Dirichlet 边界条件的选择中。在本文中，该建模框架作为 CFD 软件 ANSYS Fluent 的用户自定义函数（UDF）实现，用作向壁面传质的壁面边界条件。该模型的亚网格一维公式降低了与解析决定边界层传质的精细长度尺度相关的计算成本，并允许对遭受结垢的工业规模换热器进行高效建模。本文描述了该建模框架，并演示和验证了其在简化的二维换热器几何形状中的适用性（实验和详细 CFD 建模数据由 Pääkkönen et al. (2012, 2016) 提供）。仅通过调整扩散系数，在面积平均沉积速率方面就获得了与实验数据和详细 CFD 模型的良好一致性。