Improved boundary conditions for lattice Boltzmann modeling of pool boiling at low temperature

过热 沸腾 赝势 格子Boltzmann方法 热力学 物理 蒸发 机械 不稳定性 传热 凝聚态物理
作者
Duc Vinh Le,Jun Li,Hongying Li,Lunsheng Pan,M. Cheng,Xiaowu Zhang,Chang Wei Kang,Jing Lou
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (3) 被引量:25
标识
DOI:10.1063/5.0142155
摘要

The pseudopotential lattice Boltzmann method (LBM) becomes popular in simulating the boiling heat transfer problems. By using the interaction force determined from an equation of state, the boiling phenomenon can occur spontaneously according to the thermodynamics, which avoids using empirical models for boiling. However, this pseudopotential interaction model also brings additional cause of instability, which becomes severe at high density ratios. Therefore, most of its previous boiling simulations are conducted at high saturated temperatures with low density ratios. Since the instability usually stems from the disturbance at the interfaces, we investigated the scheme of computing the solid pseudopotential for the solid–fluid interaction and proposed using the average surrounding fluid properties as the virtual solid temperature in addition to density. Droplet evaporation and film boiling problems at high saturated temperatures are simulated, and very good agreement is obtained when compared with the available numerical and analytical solutions, respectively. We then applied the pseudopotential LBM model to simulate droplet evaporation and pool boiling at a low reduced temperature of Tr=0.592 with a density ratio of 1000, as demonstrations of the improved numerical stability. Different boiling regimes are observed by varying the superheat imposed at the bottom wall.
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