第六章-FLOW-3D-物理模型

第六章、FLOW-3D

物理模型1FLOW-3D?v9.3物理模型2物理模型選項(xiàng)講解離心鑄造模型沉積物沖刷模型密度變化模型粒子模型運(yùn)動(dòng)組件多孔組件3物理模型啟動(dòng)物理模型：ModelSetup>Physics．復(fù)選欄有‘鉤號(hào)’標(biāo)記表示激活模型．參見(jiàn)手冊(cè)中的說(shuō)明或選擇模型參考部分：Help>Contents

4數(shù)據(jù)和作用必需使用物理模型的操作在＂Physical＂欄激活的物理模型指定相應(yīng)的流體/障礙屬性定義初始和邊界條件選擇數(shù)值選項(xiàng)（可選，可以使用默認(rèn)值）選擇數(shù)據(jù)輸出（可選）模型選擇物理屬性網(wǎng)格邊界條件液體初始條件障礙屬性和初始條件選擇數(shù)據(jù)輸出（可選）數(shù)值選項(xiàng)（可選）能源傳送和熱傳遞打開(kāi)熱傳遞窗口，選擇‘Physics－HeatTransfer’。流體能量平流：－選擇一階或二階計(jì)算流體（s）內(nèi)的溫度變化。流體固體熱傳遞：－集中的溫度模型假設(shè)在固體有溫度分布均勻：－當(dāng)全能量方程求解時(shí)，需要預(yù)測(cè)在固體溫度的變化。5流體熱性能數(shù)據(jù)可從材料庫(kù)導(dǎo)入或在特性樹(shù)里輸入。沒(méi)活躍的模型是灰色的顯示。默認(rèn)值顯示，替換為你自己需要的值。6流體熱性能7每當(dāng)在FLOW-3D?啟動(dòng)能源需要對(duì)流體的熱量的特性。基本特性是比熱和流體的熱傳導(dǎo)性。如果假設(shè)在CGS單位里沒(méi)有輸入信息，水的特性。此外，每單位功率源質(zhì)量提供了一個(gè)方法，估計(jì)在整個(gè)反應(yīng)均勻流體被釋放的能量。參考溫度應(yīng)在指定為特定的問(wèn)題方便的溫度。如果問(wèn)題只考慮對(duì)流和熱傳導(dǎo)，此值不會(huì)影響結(jié)果，被假設(shè)為0值。8Component的熱性能數(shù)據(jù)可從材料庫(kù)導(dǎo)入或在特性樹(shù)輸入。默認(rèn)值是零，這將影響部分的熱行為。如果沒(méi)有指定的傳熱系數(shù)-這將假設(shè)接觸阻力是零如果沒(méi)有指定-組件溫度分布均勻如果沒(méi)有指定-組件不變的（用戶定義）溫度設(shè)置為0，組件以絕熱模擬MeshBoundaryConditions9墻壁、流入流體的溫度，外域的溫度來(lái)自墻壁的熱流量傳熱calc的長(zhǎng)度比例由時(shí)間來(lái)決定溫度變化熱流量依賴時(shí)間傳熱面積的增效器如果沒(méi)有指定傳熱系數(shù)，那就由系統(tǒng)估計(jì)流體的初始溫度10可以指定空洞溫度一個(gè)連續(xù)流體區(qū)域可以有一個(gè)指定的溫度創(chuàng)建局部的溫度區(qū)域所有初始液體的溫度初始化為均勻11能源輸送和傳熱選項(xiàng)顯式/隱式選項(xiàng):顯式求解器是默認(rèn)的隱式求解器采用了ADI（交替方向隱式）求解收斂控制（僅為隱式）控制數(shù)的迭代控制收斂標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整超過(guò)緩和參數(shù)降低CPU的時(shí)間減少求解選項(xiàng)為穩(wěn)定狀態(tài)或傳導(dǎo)有用為主的問(wèn)題12能源輸送和傳熱選項(xiàng)這種隱式的計(jì)劃數(shù)值穩(wěn)定的所有時(shí)間步長(zhǎng)值，因此當(dāng)時(shí)的時(shí)間步長(zhǎng)的大小可以比一些模擬大。在這種情況下，這個(gè)選項(xiàng)提供了最大的改進(jìn)是：小網(wǎng)格單元，高導(dǎo)熱，低流體流量。此外，F(xiàn)LOW-3D?有能力關(guān)閉的動(dòng)量方程計(jì)算。如果重新啟動(dòng)計(jì)算，等速的假設(shè)場(chǎng)選擇動(dòng)量方程關(guān)閉，并假定速度場(chǎng)的時(shí)間是固定的-無(wú)論是從初始條件或從以前的運(yùn)行計(jì)算的領(lǐng)域。另外，零速度場(chǎng)可以假設(shè)，在這種情況下，速度場(chǎng)固定為整個(gè)為零，只有熱傳導(dǎo)熱的計(jì)算方法。最后，指出了流體的速度場(chǎng)是最后的選擇零和解決內(nèi)部的障礙（固體區(qū)域）只有熱傳導(dǎo)。Gravity13重力方向FLOW-3D內(nèi)的重力方向是以卡式座標(biāo)系定義。數(shù)值可為X,Y,Z三方向之一，或者是以分量的方式加以組合SI：9.8

CGS：980目前這個(gè)模型的重力方向是在–Y軸，因此僅需在–Y方向設(shè)定數(shù)值。數(shù)值與單位有關(guān)。Gravity14重力方向SI：9.8

CGS：980目前這個(gè)模型的重力方向是在–Z軸，因此僅需在–Z方向設(shè)定數(shù)值。數(shù)值與單位有關(guān)。進(jìn)料方向Heattransfer15能源對(duì)流有兩個(gè)可供選擇:

Firstorder和Secondorder。Secondorder的選擇是更準(zhǔn)確，但需要更多的計(jì)算時(shí)間。在鑄造方面通常下選擇Firstorder.模擬固體絕緣，就是沒(méi)有從流體能量轉(zhuǎn)移到固體。從流體能量轉(zhuǎn)移到恒溫固體.第一個(gè)是均勻傳熱,第二個(gè)是非均勻傳熱.全面解決固體能量方程HeatTransferOnly16理想的模式下只有傳熱和跳過(guò)流體流動(dòng)的解決方案Useconstantvelocityfield—當(dāng)在一個(gè)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)做了重新啟動(dòng)的傳熱計(jì)算,選擇這種方式是非常有用的.Usezerovelocityfield—當(dāng)在模型填充后凝固,選擇此種方式是非常有用的.注意:如果選擇了這兩個(gè)方式，流體速度和壓力是沒(méi)有計(jì)算的.如果選擇Usezerovelocityfield方式,就會(huì)忽略流體里的每單位質(zhì)量功率源。HeatTransfertoVoids17Heattransfertovoid的區(qū)域只能在一個(gè)流體，自由表面的問(wèn)題上使用，即選擇Global>Onefluid和Global>Freesurfaceorsharpinterface的選項(xiàng)。此外,如果需要考慮在固體組件和空洞之間的傳熱,您要激活Physics>Heattransfer>Fluidtosolidheattransfer選項(xiàng).HeatTransfertoVoids18空洞的溫度3個(gè)傳熱類型輸入空洞的坐標(biāo)位置注意：空洞區(qū)域可用于冷卻通道模式?？斩磪^(qū)域類型來(lái)定義不同的液體充滿通道。按Shift鍵，同時(shí)按下鼠標(biāo)左鍵HeatTransfertoVoids19組件和冷卻通道之間傳熱系數(shù)CoolingChannels20離心鑄造模型在離心鑄造工藝，模具圍繞一個(gè)固定的軸旋轉(zhuǎn)，通常垂直或水平。在FLOW-3D最好的方法是使用非慣性參考模型來(lái)仿真這種過(guò)程。在這種方法中，坐標(biāo)系統(tǒng)連接到模具，定義為隨著時(shí)間變化的角速度表格方式的旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)SmoothTabularMotion）。以后計(jì)算網(wǎng)格與坐標(biāo)系統(tǒng)是相關(guān)聯(lián)的，網(wǎng)格還嚴(yán)格附和在模具和用它來(lái)旋轉(zhuǎn)。21沉積物沖刷模型22沖刷模型假設(shè)–根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定–沖刷率可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整

懸浮沈積模型假設(shè)–漂移,沈淀以及重新懸浮Sedimentscourmodel23平均粒子直徑粒子密度臨界護(hù)罩參數(shù)沖刷侵蝕參數(shù)-控制侵蝕率臨界packing分?jǐn)?shù)-在packed狀態(tài)下體積分?jǐn)?shù)粘著的packing分?jǐn)?shù)-vol.fract。在這些粒子相互作用拖動(dòng)因素-提高不規(guī)則物體不動(dòng)角-控制最大穩(wěn)定的斜坡Densityevaluation密度隨溫度變化.Boussinesq近似值--有效值為/10%

=o[1-(T-To)]用戶可以更改高效的替代解決方案可充分壓縮24Hot

wallCold

wall流體面板的屬性密度變化模型密度不是一個(gè)材料屬性的函數(shù)是一個(gè)擁有自己的傳輸方程來(lái)平流輸送數(shù)量必須提供初始條件，隱式的邊界條件25泄漏的油槽---密度輪廓建議更準(zhǔn)確的選項(xiàng)除非在初始條件輸入初始密度假定值密度變化模型：范例驅(qū)動(dòng)重力流動(dòng)的靜水壓力26Gz海底潛艇徑（密度僅次于潛艇）海底潛艇徑干擾在潛艇追蹤里鹽度驅(qū)動(dòng)流動(dòng)模擬密度均勻的圓柱區(qū)域在初始選項(xiàng)卡上指定通過(guò)輸入（即prepin）文件設(shè)置指定密度的均勻梯度ifdis=7

in“FL”namelist

ρ=a–bz在時(shí)間為零附近密度邊界的密度，并保持了從頭到尾的時(shí)間不變.Drift-Flux模型27在體積分?jǐn)?shù)它可用于分散階段小滴接合模型的線性和二次情形到連續(xù)流體對(duì)變量的密度擴(kuò)展，雙流體流動(dòng)和凝固模型:-預(yù)測(cè)兩相流動(dòng)分離由于重力/或加速參照結(jié)構(gòu)-油/水-空氣/塵埃，空氣/雪花-水/沙-液體/氣泡激活漂移流量模型前必須激活密度變化模型里Solvetransportequationfordensity的選項(xiàng)。Drift-Flux模型28流體的粘度和平均顆粒大小的函數(shù):DFCOF=2ρ

r29μρ

—

流體的密度r—是在分散組件平均粒子大小μ—?jiǎng)討B(tài)粘度二次漂移流量模型29二次漂移流量模型所需輸入的參數(shù)如下：DragcoefficientAverageparticleradiusRichardson-ZakicoefficientDrift-FluxModel:SeparatorExample一個(gè)各50％石油和水的混合物從左側(cè)進(jìn)入激活漂移流量模型以及兩個(gè)流體流動(dòng)分散階段（油）因浮力上升，分離的兩個(gè)組成部分30Oil/WatermixtureWaterWaterOilSeparationof2incompressiblefluids表面張力31stationarywallmovingweb在屬性樹(shù)里可重新輸入Example:slidecoatingontomovingweb在墻壁/組件里接觸角控制的相互作用NEW!允許較大的時(shí)間步長(zhǎng)紊流選項(xiàng)32必須設(shè)置粘度值推薦湍流模型3D模型，試圖捕捉大旋渦結(jié)構(gòu)，給出了一些波動(dòng)，流通信息，可能需要很長(zhǎng)的CPU計(jì)算時(shí)間用劣質(zhì)單元的aspectratio在Z方向改變粘度的問(wèn)題湍流的最大尺寸旋轉(zhuǎn)最小單元尺寸推測(cè)的10％注意：湍流的初始條件和邊界條件，也可以設(shè)置，否則，自動(dòng)設(shè)置。粘度模型33觸變性粘度模型中使用的材料，其粘度是由時(shí)間來(lái)決定.聚合物，非晶態(tài)合金，半固態(tài)金屬。FLOW-3D?其他模式下的粘度是流動(dòng)特性的功能。牛頓粘度模型粘性加熱模型34請(qǐng)注意，粘度層流首先必須激活。這個(gè)選項(xiàng)還要激活傳熱選項(xiàng)墻壁摩擦選項(xiàng)35<0no-slip>0and<

varyingslip壁面剪切適用于所有組件表面和邊界墻No-sliporpartialslip:流速=邊界固體速度Free-slip:在流動(dòng)越過(guò)固體表面時(shí),由于在邊界墻上摩擦系數(shù)受控制在組件的表面，在OBS輸入文件的部分必須輸入"OFRCOF"的值非牛頓粘度選項(xiàng)36合適的實(shí)驗(yàn)或分析數(shù)據(jù)來(lái)選擇變量?；緲?gòu)成方程使得許多共同粘度關(guān)系容易產(chǎn)生，如Carreau，動(dòng)力規(guī)律模型其他模型用戶可以定制來(lái)實(shí)現(xiàn)Particles37兩種類型標(biāo)記粒子運(yùn)動(dòng)的流體質(zhì)量顆粒慣性在注射成型標(biāo)記顆粒顯示焊縫在光線里流動(dòng)顯示重質(zhì)量粒子下沉質(zhì)量粒子:大小和密度均勻用可變密度來(lái)大小均勻用可變大小來(lái)密度均勻帶電粒子力：在流體非線性阻力壓力重力電動(dòng)力量粒子/流體相互作用：?jiǎn)蜗蝰詈贤耆詈蠑?shù)額極限：顆粒沒(méi)有數(shù)量無(wú)粒子/粒子相互作用Particle初始化粒子在時(shí)間零只允許有1塊在一個(gè)特定的比率源允許多種來(lái)源特別粒子-歷史粒子:壓力，速度，流體部分等產(chǎn)生的歷史情節(jié)可標(biāo)記或大規(guī)模顆粒38質(zhì)量粒子初始化在時(shí)間為零是流體密集的區(qū)域在容積源指定的速度產(chǎn)生粒子標(biāo)記ParticleSetup39同固體相互作用：<0—顆粒粘住=0—非彈性碰撞=1—彈性碰撞在自由表面相互作用如何控制粒子粒子阻力的倍增系數(shù)增加粒子粒子指定的摘要ParticleSource初始化40在每個(gè)種類將有大約相同的粒子數(shù)粒子大小范圍初始粒子速度（僅質(zhì)量粒子）PorousMedia模型41多孔介質(zhì)阻力模型雷諾數(shù)相關(guān)的模型：通過(guò)一個(gè)過(guò)濾器流動(dòng)滲透多孔介質(zhì)模型不滲透多孔介質(zhì)模型全球阻力參數(shù)注意：在網(wǎng)格創(chuàng)建多孔材料通過(guò)創(chuàng)建多孔組件。還可以指定組件特定阻力參數(shù)。創(chuàng)建多孔組件42孔隙度特性毛細(xì)管壓力規(guī)格。表面積-所需的傳熱組件特定阻力系數(shù)像往常一樣添加成分可以按此更改為多孔輸入多孔多孔毛細(xì)管壓力障礙毛細(xì)管壓力需要考慮到孔隙表面張力：

Pcap=4scosa/d該模型用于潤(rùn)濕和未潤(rùn)濕之間區(qū)域的尖銳界面.毛細(xì)管壓力是每個(gè)多孔障礙屬:

正壓—潤(rùn)濕條件

負(fù)壓---非潤(rùn)濕條件對(duì)于毛細(xì)管壓力的情況下是一個(gè)浸透的功能，在多孔介質(zhì)非浸透流動(dòng)模型也可以使用。43Inkdropletwickingintopaperda在一個(gè)毛孔里流體一般移動(dòng)對(duì)象(GMO)44允許一個(gè)組件在整個(gè)區(qū)域移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以規(guī)定，或與流體運(yùn)動(dòng)耦合規(guī)定運(yùn)動(dòng)耦合運(yùn)動(dòng)選擇一般移動(dòng)物體(碰撞)45碰撞是無(wú)摩擦的,因此在摩擦系數(shù)輸入0激活碰撞模型一般移動(dòng)物體46在FLOW-3D，一個(gè)GMO被列為幾何組成部分。用戶可以定義多個(gè)GMOs的運(yùn)動(dòng)類型。與固定部分組成，一個(gè)是GMO可以組成若干子幾何。每個(gè)子可以通過(guò)二次功能和原始來(lái)定義，或STL數(shù)據(jù)，可實(shí)體，孔或組件。如果STL文件的使用，因?yàn)镚MO幾何是重新生成的每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算，用戶應(yīng)努力盡量減少三角方面來(lái)定義GMO，以實(shí)現(xiàn)更快的執(zhí)行的求解，同時(shí)保持必要程度的幾何決議。大規(guī)模性能，子對(duì)象可以擁有不同質(zhì)量密度。為了確定運(yùn)動(dòng)的GMO和解釋正確的計(jì)算結(jié)果，用戶需要了解的體固定參考系（bodysystem）所使用的模型。在FLOW-3D預(yù)處理，一個(gè)體系(x,y,z)會(huì)自動(dòng)設(shè)定為每個(gè)GMO。最初的方向，其坐標(biāo)軸（在t=0）是相同的空間系(x,y,z)。如果該運(yùn)動(dòng)有6-DOF，體系的原點(diǎn)是在GMO的質(zhì)量中心（耦合運(yùn)動(dòng)），或在一個(gè)參考點(diǎn)（規(guī)定運(yùn)動(dòng)）;否則，它是在不動(dòng)點(diǎn)（固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)），或在一個(gè)點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)軸（固定軸旋轉(zhuǎn)）。移動(dòng)物體不