Fluent：固化與熔化模型

2016-10-24 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

FLUENT采用“焓-多孔度(enthalpy-porosity)”技術(shù)模擬流體的固化和熔化(Solidification/Melting)過(guò)程。在流體的固化和熔化問(wèn)題中,流場(chǎng)可以分成流體區(qū)域、固體區(qū)域和兩者之間的糊狀區(qū)域?！办?多孔度”技術(shù)采用的計(jì)算策略是將流體在網(wǎng)格單元內(nèi)占有的體積百分比定義為多孔度(porosity),并將流體和固體并存的糊狀區(qū)域看作多孔介質(zhì)區(qū)進(jìn)行處理。在流體的固化過(guò)程中,多孔度從1降低到0;反之,在熔化過(guò)程中,多孔度則從0升至1?！办?多孔度”技術(shù)通過(guò)在動(dòng)量方程中添加匯項(xiàng)(即負(fù)的源項(xiàng))模擬因固體材料存在而出現(xiàn)的壓強(qiáng)降。

“焓-多孔度”技術(shù)可以模擬的問(wèn)題包括純金屬或二元合金中的固化、熔化問(wèn)題、連續(xù)鑄造加工過(guò)程等。計(jì)算中可以計(jì)算固體材料與壁面之間因空氣的存在而產(chǎn)生的熱阻,固化、熔化過(guò)程中組元的輸運(yùn)等等。需要注意的是,在求解固化、熔化問(wèn)題的過(guò)程中,只能采用分離算法,只能與VOF模型配合使用,不能計(jì)算可壓縮流,不能單獨(dú)設(shè)定固體材料和流體材料的性質(zhì),同時(shí)在模擬帶反應(yīng)的組元輸運(yùn)過(guò)程時(shí),無(wú)法將反應(yīng)區(qū)限制在流體區(qū)域,而是在全流場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)計(jì)算。

① Parameters定義

在Parameters下面定義Mushy Zone Constant(糊狀區(qū)域常數(shù))。這個(gè)常數(shù)的取值范圍一般在104到107之間,取值越大沉降曲線(xiàn)就越陡峭,固化過(guò)程的計(jì)算速度就越快,但是取值過(guò)大容易引起計(jì)算振蕩,因此需要在計(jì)算中通過(guò)試算獲得最佳數(shù)值。

② Materials設(shè)置

在Materials(材料)面板上,定義Melting Heat(熔化熱)、Solidus Temperature(固相點(diǎn)溫度)和Liquidus Temperature(液相點(diǎn)溫度)。如果計(jì)算中涉及組元輸運(yùn)過(guò)程,則必須同時(shí)定義溶劑的融解溫度(Melting Temperature),同時(shí)需要定義熔化物的液相線(xiàn)相對(duì)于濃度的斜率(Slope of Liquidus Line)、分配系數(shù)(Partition Coefficient)和固體中的擴(kuò)散速率(Diffusion in Solid)等參數(shù)。

③ 設(shè)置邊界條件

除了常規(guī)的邊界條件設(shè)置,對(duì)于固化和熔化問(wèn)題還有一些特殊設(shè)置,其中包括:在計(jì)算壁面接觸熱阻時(shí)設(shè)置接觸熱阻(Contact Resistance)。這個(gè)參數(shù)在Wall(壁面)面板中的ThermalConditions(熱力學(xué)條件)下給定。

如果需要定義壁面上表面張力對(duì)溫度的梯度,則在ShearCondition(剪切條件)下選擇MarangoniStress(Marangoni應(yīng)力)選項(xiàng)。

如果計(jì)算拉出速度,則在邊界條件中的速度邊界條件將被用于拉出速度的計(jì)算。

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