Fluent数值模拟软件介绍及流体力学的数值处理方法

1、Fluent数值模拟软件介绍及流体力学的数值处理方法1 Fluent数位撲拟软件特点C1)棊丁阿格单元和网济节点的梯度算法的Fluent数值楼拟软件，其本身采用的是有限休积渥何肖隔体积法本身是葺于左全非蜡构化网格的.而且:脊限体枳怯FiniteVclumeMethod)即控制休积丛(ControlVolurneMethDdtCVM)?它是:通过.柑计算区域进存划井网格，14一个牛互不重楼的控制体枳遍布毎个网格M即山匮过村怔恿个控制仙斛倉分方程体积积.坯山个旬刘缎离畝方tib网格点上的因变最甲是未知数只有了解齐网格点之闻的甲佰的变化规律*才能知睫控制体枳的积分从枳分憧域的述取方法的殳I看.有限体

2、棚世是地鳩F加权余最法屮的子域法，站祥耒知解的近似方穗的鶴度來看.有限体积法地MI'局甜近個离散方世-换句话说,f限体跟淞的展本力法就是尹域送力i离散:(2) 在Flutnt有许赛丰富而先进的物珅模型可以罪常简单的蒂确地枚拟无粘渝、层流、湍流.湍潦模盘包含Spa!art-Allmaras模型.km模型组.X模堪组、甫诺应力栈中低3呦、人涡模拟模里6EE)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V些模电尊。另外用戸还盯以定制或潦"|自己的湍流模型*<3)Fluent数值棋拟软ft功能性极强，应用面粮广。井别豺对任遺一种物理问题的壷动特点.在Fluent中都有屈于他们的数值解法，

3、用户可以柠易地好別时在显式或隠式差分格式逬廿不同选择i®度、栢定性和精度等方面的计养就能在软件中达H最佳“2 Fluent问迪歩1)确定几何形狀，叩吨讣帀网格(用Gambit,也可读入其他程序生成的网格)(2) 选抒求解器I(D选抒求鱗的方和；层流或湍流；恥确定边界类塑及比边界条件辛(5)设置求解方法以及控制方法;对选迢区域的氓场切始化并pwn0：(7保百结采，进厅舀处理等n3.2模型数值处理策略采用Fluent进行有限元数值分析求解时首先要创建几何模型并合理的划分网格.定义材料热物理性能参数，如何确定时何步上的人小，以及处理相变潜热及固液移动界面等.能否合理地处埋好何題，对计算梢度

4、和计算效率以及结果的收敛性和也定性，我至到数値iI乳的成败的影响都是巨人的02.1求解区域的如何选择鶴理模更根拒模拟中会出现的协理过和以及考虑到2方的作用影响，本文选择的是Fluent屮流功模卫：IE定常流、就流以及个"J爪缩流模熨，选用的热传廿模空足；VOF衣相流、越化軽固H及离散llW；型“32.2网格的划分网格生成技术祚数值模拟中是关健的环，计算的收敛件和讣算结果的赭度及计算效率都公攵钊网格生成技术的哎多或少的彩闻。什对实由；怙:况対工件进行合理划分，工件的三维模型以及対瓦仃限元网格的划分的几休惜况郁在图3-1卩得以昼现.常规中越小的网格划分,计算稱度则越高,但相对的対计算机的

5、计算能力要求的也会相应的越瓠根据研究说明,在数值计算网格生成时会有如卜五方向的婴求:（】）M体性:在保证边界上的网格不被破碎的前提下物理域匕的边界与计算:网格线和重合:（2）光滑性：物理城上的网格线必须足一条光滑连续的曲线：（3）合理的疏帝分布：在温度场流场参数变化率较大的区域（如激贮熔汴熔池X域）采用较密的网格；（4）正仝性：在T件衣面上尽力保证网格线的正交性丿卜雄保功界上的计舜梢度：（5）单伽:耍求物理域与il算域I：的点耍对应,不能有网格线相交和重叠H3-1网恪划分Fig.31Mesh本文模型的网格划分如图3J所示，设激光器移功的方向为X方向,壅自激光移幼方向的为Y力向，悖哎方向为Z方向

6、。山热惯性，在整个L件上会"在较人的汨度梯度，矗近激光打过的F1线区域尤为明显，温度梯ntlBSiVJjoM反离热源越远，淑质梯度则越小，为了保证计讦耕度及准度，在激光垢注域内采用幣网格，mj远离熔注区，则采用疏网格.中间采用口由网格划分进行过渡。这样.就可以在不増加m兀和p点数届的条件卜提髙计的将度了。323材糾軸理參敷木文在卿屮嘲滋W料为10mm厅的AZ31Bg金.测'IRJ为ZOOtnrnSOrnmxlOmm.瓦主要元素倉载见农3-U密度为1780kg/m3,熔点为65】。6主要物理参数见表32龙3】AZ31E镁介金的化学成分（匝竝门分比/%）化孚成分A1ZnMnFeC

7、uSiMg1-比3.060.S40.350.00240001S0.012Bal衣3-2数值计算模筮中所用材料的物性参数比他物性参数比如从力粮度.导热系数比热容於是随温度变化为而变化的柑关物理员名称AZ3】B樸仟金P密JE/Ckg/m3)1780各熔点/K924石沸点/K13737衣面张力系数"N加）10A娛膨胀系竝/K"104刀Stefac-Boltzman當数/W/(m?K4)5.2X1Zg車力加速度/Im加）9.8r衣面辐勿系数0.4Or換煥系教/K）25G熔化潜黒/【kJ/kgS3000环境温度/（K）298的函数，它们和温度的的关系曲线如图52所示，函数关系如卜对f

8、AZ31B饮:舍金：fkg/(nrs)929<7<11091109<7<12091209v713807>1380P二卜013793177+18204138kg/m3厂20AZ31B的导热系数与湍度的关系(b)AZ3LB的丨，13:,MOr17M17«0-心1740-a1720-觀1700-1M0-"Tp丁L1000100200300400500OOC7006030.000029627+0.0360064u=q-0.00000197+0.0025483000000)426010714297+43.607293673A=<-02837+310

9、459W/m-K673T<7730.729厂-471.8177>7737+759293<7<3730.87+831.6373<7<573J=|J/(kg-K)1.05r+608.35573<7<73714207>773(c)AZ31B的宪良卩拙度的关系I?l3-2AZ31B热物理性能勞数9汕叟的关糸rig3?Thermo-ph5rsicalpropertiesofAZ313defenchngontemperature3.2彳对熔化/凝固相变潜热的处理在激光熔注过程屮，在激）t热源的不断移动F.先接触热源的前半部的基体被逐渐加如熔化.在激光热

10、湧移开后熔池尼部的较休温度降低而渐渐冷却礙固正因为如此固液界而会是不断发牛变化的.而几布这个变化过用中还企件随能吊的交换以及熔化/濮固的导热问题.综上所述,如何能合理处理此类问題只佝以卜几种方法;（D通过对凍控制方程进厅离散化，例如变时间步K法：（2）求解时通过将移功区域的问题去转换为固定区域问題求解,如自变量变换法：（3）逋过对裁个计算区城建正一个统一的能駅方程，如灯法：（4）通过将分不同区域求解的导热问题逐步转换为布桑个计算区域上的非线性导热问題求解,例如显热容法、温度回复法。关T密度、号热系数及比热容.其数值囲着温度的变化而变化具体情况如图3-3所刀;，山J股研究只右低温范国的值，所以高温卜的数期是由外推法获时.熔点以I：的导热系数.本乂设其洪値右一灾变远远高正常侑.这样处理是为了补侥熔池液体金屈対流換热的影响,假定村变是发生在熔化温度区间之内，在此区何内相变潜热线性分布在图3-3比现。¥17H箋3-3材料焙值畅温度的变化悄况Fig33Motennlcnthdpyvaluewithtonpurcturccharges325时间步快的设定原IIIJ-FInert采用的是隐式算法,所以住时间步长上没有所谓稳定性的限制，但可以用Fluent计算时间步长或者制