src/lagrangian/dieselSpray/spraySubModels/evaporationModel/standardEvaporationModel/standardEvaporationModel.C

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
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  20
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  22     along with OpenFOAM.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "error.H"
  27
  28 #include "standardEvaporationModel.H"
  29 #include "addToRunTimeSelectionTable.H"
  30
  31 // * * * * * * * * * * * * * * Static Data Members * * * * * * * * * * * * * //
  32
  33 namespace Foam
  34 {
  35     defineTypeNameAndDebug(standardEvaporationModel, 0);
  36
  37     addToRunTimeSelectionTable
  38     (
  39         evaporationModel,
  40         standardEvaporationModel,
  41         dictionary
  42     );
  43 }
  44
  45
  46 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
  47
  48 Foam::standardEvaporationModel::standardEvaporationModel
  49 (
  50     const dictionary& dict
  51 )
  52 :
  53     evaporationModel(dict),
  54     evapDict_(dict.subDict(typeName + "Coeffs")),
  55     preReScFactor_(readScalar(evapDict_.lookup("preReScFactor"))),
  56     ReExponent_(readScalar(evapDict_.lookup("ReExponent"))),
  57     ScExponent_(readScalar(evapDict_.lookup("ScExponent"))),
  58     evaporationScheme_(evapDict_.lookup("evaporationScheme")),
  59     nEvapIter_(0)
  60 {
  61     if (evaporationScheme_ == "implicit")
  62     {
  63         nEvapIter_ = 2;
  64     }
  65     else if (evaporationScheme_ == "explicit")
  66     {
  67         nEvapIter_ = 1;
  68     }
  69     else
  70     {
  71         FatalError
  72             << "evaporationScheme type " << evaporationScheme_
  73             << " unknown. Use implicit or explicit." << nl
  74             << abort(FatalError);
  75     }
  76 }
  77
  78
  79 // * * * * * * * * * * * * * * * * Destructor  * * * * * * * * * * * * * * * //
  80
  81 Foam::standardEvaporationModel::~standardEvaporationModel()
  82 {}
  83
  84
  85 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
  86
  87 bool Foam::standardEvaporationModel::evaporation() const
  88 {
  89     return true;
  90 }
  91
  92
  93 // Correlation for the Sherwood Number
  94 Foam::scalar Foam::standardEvaporationModel::Sh
  95 (
  96     const scalar ReynoldsNumber,
  97     const scalar SchmidtNumber
  98 ) const
  99 {
 100     return
 101         2.0
 102       + preReScFactor_
 103        *pow(ReynoldsNumber, ReExponent_)
 104        *pow(SchmidtNumber, ScExponent_);
 105 }
 106
 107
 108 Foam::scalar Foam::standardEvaporationModel::relaxationTime
 109 (
 110     const scalar diameter,
 111     const scalar liquidDensity,
 112     const scalar rhoFuelVapor,
 113     const scalar massDiffusionCoefficient,
 114     const scalar ReynoldsNumber,
 115     const scalar SchmidtNumber,
 116     const scalar Xs,
 117     const scalar Xf,
 118     const scalar m0,
 119     const scalar dm,
 120     const scalar dt
 121 ) const
 122 {
 123     scalar time = GREAT;
 124     scalar lgExpr = 0.0;
 125
 126     /*
 127         (pressure - partialFuelVaporPressure)/
 128         (pressure - pressureAtSurface)
 129       = 1 + Xratio
 130
 131         if the pressure @ Surface > pressure
 132         this lead to boiling
 133         and Xratio -> infinity (as it should)
 134         ... this is numerically nasty
 135
 136     NB!
 137         X_v,s = (p_v,s/p) X_v,d
 138         where X_v,d = 1 for single component fuel
 139         according to eq (3.136)
 140         in D. Clerides Thesis
 141     */
 142
 143     scalar Xratio = (Xs - Xf)/max(SMALL, 1.0 - Xs);
 144
 145     if (Xratio > 0.0)
 146     {
 147         lgExpr = log(1.0 + Xratio);
 148     }
 149
 150     // From Equation (3.79) in C. Kralj's Thesis:
 151     // Note that the 2.0 (instead of 6.0) below is correct, since evaporation
 152     // is d(diameter)/dt and not d(mass)/dt
 153
 154     scalar denominator =
 155         6.0*massDiffusionCoefficient
 156        *Sh(ReynoldsNumber, SchmidtNumber)
 157        *rhoFuelVapor*lgExpr;
 158
 159     if (denominator > SMALL)
 160     {
 161         time = max(VSMALL, liquidDensity*sqr(diameter)/denominator);
 162     }
 163
 164     return time;
 165 }
 166
 167
 168 Foam::scalar Foam::standardEvaporationModel::boilingTime
 169 (
 170     const scalar liquidDensity,
 171     const scalar cpFuel,
 172     const scalar heatOfVapour,
 173     const scalar kappa,
 174     const scalar Nusselt,
 175     const scalar deltaTemp,
 176     const scalar diameter,
 177     const scalar,
 178     const scalar,
 179     const scalar,
 180     const scalar,
 181     const scalar,
 182     const scalar,
 183     const scalar,
 184     const scalar,
 185     const scalar
 186 ) const
 187 {
 188     scalar time = GREAT;
 189
 190     // the deltaTemperature is limited to not go below .5 deg K
 191     // for numerical reasons.
 192     // This is probably not important, since it results in an upper
 193     // limit for the boiling time... which we have anyway.
 194     scalar deltaT = max(0.5, deltaTemp);
 195
 196     time =
 197         liquidDensity*cpFuel*sqr(diameter)
 198        /(6.0*kappa*Nusselt*log(1.0 + cpFuel*deltaT/max(SMALL, heatOfVapour)));
 199
 200     time = max(VSMALL, time);
 201
 202     return time;
 203 }
 204
 205
 206 // ************************************************************************* //