计算流体动力学凝固和融化分析课件

1、凝固和融化分析第1页，共15页。1、概述fluent可以求解关于凝固和（或）熔化发生在一定温度（例如纯金属）或超过一定温度范围（例如二元合金）流体流动的问题。Instead of tracking the liquid-solid front explicitly，fluent用热函-多孔性公式。液固混合区被看作多孔性等于液体区域的多孔介质区域，并且，适当的动量下降被加到动量方程里来说明由于固相材料引起的压力损失。Sinks项同时也被加到湍流方程来说明固相区多孔性的减少。第2页，共15页。1、概述fluent提供下列凝固和熔化模型的性能：(1)计算在纯金属固-液凝固/熔化，同时也可以在二元金属

2、中计算。(2) 连续铸造加工过程的模型（例如拉伸固体材料脱离主体）(3) 固体材料和表面之间的热量的接触抵抗模型（例如由于空气间隙的出现）(4) 在凝固和熔化过程中相之间的传递模型。(5) 关于大量的凝固/熔化的后加工（例如液相和拖曳速度）第3页，共15页。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压缩流体。（3）关于多相的模型（vof，mixture和Eulerian）,只有VOF模型可以用在凝固/熔化中。（4） 除了组分扩散，不能指定材料属性在分离固体和液体材料。（5）当用凝固/熔化模

3、型连接组分传输反应模型时，这里没有限制反应的机制在仅有液体区；例如，在任何地方反应被求解。第4页，共15页。2、凝固/熔化模型的理论该材料的热焓计算为显焓h和潜热H的总和其中 h参考焓参考温度定压比热第5页，共15页。2、凝固/熔化模型的理论流体分数 ，被定义为潜热内容可以查阅相关的材料的潜热性能表潜热的值从0（对固体）到L（对液体）之间变化。第6页，共15页。2、凝固/熔化模型的理论在连续铸造过程中，凝固的物质通常被连续地从计算域拉出。因此，该固体材料会产生有限的速度，这个速度必须在焓 - 孔隙度法加以考虑。第7页，共15页。2、凝固/熔化模型的理论Fluent的凝固/熔化模型可以说明在外壁

4、和凝固材料之间形成气孔，用一个附加的传热阻力在liquid fraction小于1的外壁和单元之间。这个接触阻力说明改善和外壁附近的流体传导性。第8页，共15页。3、凝固和熔化基本步骤建立一个有关凝固/熔化问题的程序如下所示。（注意：这个程序只包括凝固/熔化模型必须的步骤；你还需要像通常一样设定其他的参数，如边界条件等等。）1、激活凝固/ 熔化模型Fluent 会自动激活能量方程，所以不需要在激活凝固/熔化模型前访问Energy 面板。第9页，共15页。3、凝固和熔化基本步骤2、在Paramenters 下面定义Mushy Zone Constant对于多数的计算来说推荐采用104107 之间的值。Mushy Zone Constant 数值越高，阻尼曲线越陡，并且当材料凝固的时候速度回落的越快。在液体区域，当控制体在较小波动下的凝固和熔化交替时，过大的数值可以引起解的波动。第10页，共15页。3、凝固和熔化基本步骤3、如果想在方程里包含牵连速度，激活Parameters 下的Include Pull Velocities 选项第11页，共15页。3、凝固和熔化基本步骤4.在Materials 面板上，定义Melting Heat，Solidus Temperatur