comsol博客

使用comsol模拟模拟蒸发冷却冷却

作者南希·班纳赫（Nancy Bannach）

2022年222日22日

提起，你你想到上散发咖啡茶香的的蒸发蒸发蒸发也也是是是工业工业和科学科学应用应用中的个一过程过程过程过程使用comsol模拟模拟蒸发冷却过程

编者：这这文章最初发布于发布2014年12月8日。已经以反映传热中提供新特性和功能

在comsol多物理学中中模拟的一些基本

蒸发是种液相液相蒸发成成种和和气态混合物混合物的过程过程过程。。我们我们我们水水水液态作为作为作为作为液态作为液态作为液态液态作为液态

首先，我们我们饱和压力P_ {SAT}，在在下气相液相处于液相处于状态它它很有很强强强强的强

comsolMultiphysics®仿真仿真中使用了环境物理原理一书中近：：

（1）

P_ {SAT}
（t）= 610.7 pa \ cdot 10^{7.5 \ frac {t-273.15k} {t-35.85k}}}}

对于理想理想，很很通过以下公式确定相对相对湿度相对湿度湿度：100％时的饱：

（2）

c_ {sat} = \ frac {p_ {sat}（t）} {rt}

其中，，r是理想理想常数

湿湿热力学属性水蒸气的的比例描述描述了存在比例比例关系关系的干燥干燥空气空气和和水蒸气水蒸气的的。。。。假定假定假定假定假定空气空气为

（3）

\ rho_m = \ frac {p} {rt} \ left（m_a x_a+m_v x_v \ right）

有关有关comsol多物理学描述描述湿空气属性多细节参考参考参考资料参考传热传热中中传热模块用户。

模拟：咖啡杯咖啡杯咖啡杯咖啡杯

comsol多物理学模型模型，我们我们来咖啡时被冷却的的的因素

（（（因为把））（（因为空气，通过，通过蒸发额外的冷却

在咖啡杯中导致冷却的效果的草图。
对对周围物理的描绘描绘

如何如何模型中蒸发冷却冷却

第一步利用，这能够，进而降低，进而缩短时间。，我们湍流接口计算气流速度的流场。这里个合理合理是假定假定流场不不会会会随随温度温度变化湿度变化变化变化变化变化湿度变化变化湿度变化变化

模拟蒸发冷却，我们我们需要需要什么

由于软件预定义热湿多物理场耦合，我们我们comsol多物理学模型模型中冷却效应变得非常简单

传热模块可接口接口，用于用于不同不同的的热量水分水分
用于模拟不同热湿传递耦合的多物理场接口接口

湿湿多物理场物理场自动湿空气湿空气接口接口空气中中水分接口，从而，从而热湿多物理场耦合描述热量水分传递这过程的的相互作用。。。如果如果要将流场流场也也也耦合耦合到到到两两两两两非等和水分多物理场耦合节。，可以可以可以可以热湿热湿接口，它它提供所有的接口接口耦合耦合

耦合湍流热湿所需的模块接口节点的屏幕截图
耦合湍流和所需的和多物理场节点点

非等节点了和热接口耦合耦合。，在耦合。。，在节点，我们节点，我们不不不不不需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要需要方法需要需要需要需要强耦合需要强耦合强耦合是恒定，那么那么可以使用近实现假定假定非等节点节点了传热界面的湍流。水分节点耦合流动和水分，并且并且输送界面考虑了效应效应

（非等（）和）和水分（）多多点点。非非等温流动节点设置非：接口接口名称模型，传热流动接口的常用常用属性。流动加热流动加热流动加热流动加热流动加热分流动节点设置定义的名称和输送的湍流模型模型

传热传热可以计算空气的温度温度，但温度温度需要需要水分水分接口计算湿度湿度湿度又取决于潮湿潮湿的的，相对的，100％。，达到饱和，达到达到C_ \ textrm {sat}，可以可以公式2定义。

潮湿潮湿边界条件用从水表面湿空气的蒸发蒸发g_ \ textrm {evap}。如果包含表面（（），那么那么与的的潜热的潜热l_ \ textrm {v}，根据根据计算：：q_ \ textrm {evap} = - l_ \ textrm {v} g_ \ textrm {evap}。，这，这种强耦合，可以可以现有接口和立即立即实现

高亮显示于空气流传输的非多物理场节，空气的水分水分水分传输传输和和传热模块模块中中的的
湿空气域内内传热：（1）通过非等多物理场耦合，用于湿空气对输输输（2）通过热湿多物理场节点空气中中水分接口，提供提供的湿度，用相对，用用根据公式2确定湿空气属性（3）潮湿湿接口接口该表面蒸发通量。如果启用启用热湿多物理场节点中包含表面复选框，则则蒸发引起的。

水分流量节点高亮于水蒸气对，中的接口以及模块中中的湿热多物理场物理场节点节点的
湿空气域内水分：：（1）通过水分多物理场耦合，用于水蒸气对输输输（2）通过热湿多多耦合节点耦合湿空气中的接口，确保确保计算相对湿度

接下来，我们我们项超过项项分钟分钟的瞬态的的结果。。咖啡咖啡温度温度咖啡温度温度温度咖啡温度温度温度温度为咖啡温度温度温度温度温度温度咖啡咖啡咖啡咖啡咖啡咖啡咖啡咖啡温度咖啡咖啡咖啡咖啡温度咖啡咖啡温度温度温度温度温度咖啡温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度温度咖啡初始咖啡20分钟后的和相对湿度分布分布