計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)凝固和融化分析課件

1、凝固和融化分析第1頁，共15頁。1、概述fluent可以求解關(guān)于凝固和（或）熔化發(fā)生在一定溫度（例如純金屬）或超過一定溫度范圍（例如二元合金）流體流動(dòng)的問題。Instead of tracking the liquid-solid front explicitly，fluent用熱函-多孔性公式。液固混合區(qū)被看作多孔性等于液體區(qū)域的多孔介質(zhì)區(qū)域，并且，適當(dāng)?shù)膭?dòng)量下降被加到動(dòng)量方程里來說明由于固相材料引起的壓力損失。Sinks項(xiàng)同時(shí)也被加到湍流方程來說明固相區(qū)多孔性的減少。第2頁，共15頁。1、概述fluent提供下列凝固和熔化模型的性能：(1)計(jì)算在純金屬固-液凝固/熔化，同時(shí)也可以在二元金屬

2、中計(jì)算。(2) 連續(xù)鑄造加工過程的模型（例如拉伸固體材料脫離主體）(3) 固體材料和表面之間的熱量的接觸抵抗模型（例如由于空氣間隙的出現(xiàn)）(4) 在凝固和熔化過程中相之間的傳遞模型。(5) 關(guān)于大量的凝固/熔化的后加工（例如液相和拖曳速度）第3頁，共15頁。1、概述在fluent中凝固/熔化模型的局限性如下：（1）在凝固/熔化模型中只能用非耦合的求解器；不能用耦合的求解器。（2）凝固/熔化模型不能用于可壓縮流體。（3）關(guān)于多相的模型（vof，mixture和Eulerian）,只有VOF模型可以用在凝固/熔化中。（4） 除了組分?jǐn)U散，不能指定材料屬性在分離固體和液體材料。（5）當(dāng)用凝固/熔化模

3、型連接組分傳輸反應(yīng)模型時(shí)，這里沒有限制反應(yīng)的機(jī)制在僅有液體區(qū)；例如，在任何地方反應(yīng)被求解。第4頁，共15頁。2、凝固/熔化模型的理論該材料的熱焓計(jì)算為顯焓h和潛熱H的總和其中 h參考焓參考溫度定壓比熱第5頁，共15頁。2、凝固/熔化模型的理論流體分?jǐn)?shù) ，被定義為潛熱內(nèi)容可以查閱相關(guān)的材料的潛熱性能表潛熱的值從0（對固體）到L（對液體）之間變化。第6頁，共15頁。2、凝固/熔化模型的理論在連續(xù)鑄造過程中，凝固的物質(zhì)通常被連續(xù)地從計(jì)算域拉出。因此，該固體材料會(huì)產(chǎn)生有限的速度，這個(gè)速度必須在焓 - 孔隙度法加以考慮。第7頁，共15頁。2、凝固/熔化模型的理論Fluent的凝固/熔化模型可以說明在外壁

4、和凝固材料之間形成氣孔，用一個(gè)附加的傳熱阻力在liquid fraction小于1的外壁和單元之間。這個(gè)接觸阻力說明改善和外壁附近的流體傳導(dǎo)性。第8頁，共15頁。3、凝固和熔化基本步驟建立一個(gè)有關(guān)凝固/熔化問題的程序如下所示。（注意：這個(gè)程序只包括凝固/熔化模型必須的步驟；你還需要像通常一樣設(shè)定其他的參數(shù)，如邊界條件等等。）1、激活凝固/ 熔化模型Fluent 會(huì)自動(dòng)激活能量方程，所以不需要在激活凝固/熔化模型前訪問Energy 面板。第9頁，共15頁。3、凝固和熔化基本步驟2、在Paramenters 下面定義Mushy Zone Constant對于多數(shù)的計(jì)算來說推薦采用104107 之間的值。Mushy Zone Constant 數(shù)值越高，阻尼曲線越陡，并且當(dāng)材料凝固的時(shí)候速度回落的越快。在液體區(qū)域，當(dāng)控制體在較小波動(dòng)下的凝固和熔化交替時(shí)，過大的數(shù)值可以引起解的波動(dòng)。第10頁，共15頁。3、凝固和熔化基本步驟3、如果想在方程里包含牽連速度，激活Parameters 下的Include Pull Velocities 選項(xiàng)第11頁，共15頁。3、凝固和熔化基本步驟4.在Materials 面板上，定義Melting Heat，Solidus Temperatur