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物理模型选项讲解离心铸造模型沉积物冲刷模型密度变化模型粒子模型运动组件多孔组件3物理模型启动物理模型：ModelSetup>Physics．复选栏有‘钩号’标记表示激活模型．参见手册中的说明或选择模型参考部分：Help>Contents

4数据和作用必需使用物理模型的操作在＂Physical＂栏激活的物理模型指定相应的流体/障碍属性定义初始和边界条件选择数值选项（可选，可以使用默认值）选择数据输出（可选）模型选择物理属性网格边界条件液体初始条件障碍属性和初始条件选择数据输出（可选）数值选项（可选）能源传送和热传递打开热传递窗口，选择‘Physics－HeatTransfer’。流体能量平流：－选择一阶或二阶计算流体（s）内的温度变化。流体固体热传递：－集中的温度模型假设在固体有温度分布均匀：－当全能量方程求解时，需要预测在固体温度的变化。5流体热性能数据可从材料库导入或在特性树里输入。没活跃的模型是灰色的显示。默认值显示，替换为你自己需要的值。6流体热性能7每当在FLOW-3D®启动能源需要对流体的热量的特性。基本特性是比热和流体的热传导性。如果假设在CGS单位里没有输入信息，水的特性。此外，每单位功率源质量提供了一个方法，估计在整个反应均匀流体被释放的能量。参考温度应在指定为特定的问题方便的温度。如果问题只考虑对流和热传导，此值不会影响结果，被假设为0值。8Component的热性能数据可从材料库导入或在特性树输入。默认值是零，这将影响部分的热行为。如果没有指定的传热系数-这将假设接触阻力是零如果没有指定-组件温度分布均匀如果没有指定-组件不变的（用户定义）温度设置为0，组件以绝热模拟MeshBoundaryConditions9墙壁、流入流体的温度，外域的温度来自墙壁的热流量传热calc的长度比例由时间来决定温度变化热流量依赖时间传热面积的增效器如果没有指定传热系数，那就由系统估计流体的初始温度10可以指定空洞温度一个连续流体区域可以有一个指定的温度创建局部的温度区域所有初始液体的温度初始化为均匀11能源输送和传热选项显式/隐式选项:显式求解器是默认的隐式求解器采用了ADI（交替方向隐式）求解收敛控制（仅为隐式）控制数的迭代控制收敛标准调整超过缓和参数降低CPU的时间减少求解选项为稳定状态或传导有用为主的问题12能源输送和传热选项这种隐式的计划数值稳定的所有时间步长值，因此当时的时间步长的大小可以比一些模拟大。在这种情况下，这个选项提供了最大的改进是：小网格单元，高导热，低流体流量。此外，FLOW-3D®有能力关闭的动量方程计算。如果重新启动计算，等速的假设场选择动量方程关闭，并假定速度场的时间是固定的-无论是从初始条件或从以前的运行计算的领域。另外，零速度场可以假设，在这种情况下，速度场固定为整个为零，只有热传导热的计算方法。最后，指出了流体的速度场是最后的选择零和解决内部的障碍（固体区域）只有热传导。Gravity13重力方向FLOW-3D内的重力方向是以卡式座标系定义。数值可为X,Y,Z三方向之一，或者是以分量的方式加以组合SI：9.8

CGS：980目前这个模型的重力方向是在–Y轴，因此仅需在–Y方向设定数值。数值与单位有关。Gravity14重力方向SI：9.8

CGS：980目前这个模型的重力方向是在–Z轴，因此仅需在–Z方向设定数值。数值与单位有关。进料方向Heattransfer15能源对流有两个可供选择:

Firstorder和Secondorder。Secondorder的选择是更准确，但需要更多的计算时间。在铸造方面通常下选择Firstorder.模拟固体绝缘，就是没有从流体能量转移到固体。从流体能量转移到恒温固体.第一个是均匀传热,第二个是非均匀传热.全面解决固体能量方程HeatTransferOnly16理想的模式下只有传热和跳过流体流动的解决方案Useconstantvelocityfield—当在一个稳态流场做了重新启动的传热计算,选择这种方式是非常有用的.Usezerovelocityfield—当在模型填充后凝固,选择此种方式是非常有用的.注意:如果选择了这两个方式，流体速度和压力是没有计算的.如果选择Usezerovelocityfield方式,就会忽略流体里的每单位质量功率源。HeatTransfertoVoids17Heattransfertovoid的区域只能在一个流体，自由表面的问题上使用，即选择Global>Onefluid和Global>Freesurfaceorsharpinterface的选项。此外,如果需要考虑在固体组件和空洞之间的传热,您要激活Physics>Heattransfer>Fluidtosolidheattransfer选项.HeatTransfertoVoids18空洞的温度3个传热类型输入空洞的坐标位置注意：空洞区域可用于冷却通道模式。空洞区域类型来定义不同的液体充满通道。按Shift键，同时按下鼠标左键HeatTransfertoVoids19组件和冷却通道之间传热系数CoolingChannels20离心铸造模型在离心铸造工艺，模具围绕一个固定的轴旋转，通常垂直或水平。在FLOW-3D最好的方法是使用非惯性参考模型来仿真这种过程。在这种方法中，坐标系统连接到模具，定义为随着时间变化的角速度表格方式的旋转（见SmoothTabularMotion）。以后计算网格与坐标系统是相关联的，网格还严格附和在模具和用它来旋转。21沉积物冲刷模型22冲刷模型假设–根据经验参数设定–冲刷率可根据实验结果进行调整

悬浮沈积模型假设–漂移,沈淀以及重新悬浮Sedimentscourmodel23平均粒子直径粒子密度临界护罩参数冲刷侵蚀参数-控制侵蚀率临界packing分数-在packed状态下体积分数粘着的packing分数-vol.fract。在这些粒子相互作用拖动因素-提高不规则物体不动角-控制最大稳定的斜坡Densityevaluation密度随温度变化.Boussinesq近似值--有效值为/10%

=o[1-(T-To)]用户可以更改高效的替代解决方案可充分压缩24Hot

wallCold

wall流体面板的属性密度变化模型密度不是一个材料属性的函数是一个拥有自己的传输方程来平流输送数量必须提供初始条件，隐式的边界条件25泄漏的油槽---密度轮廓建议更准确的选项除非在初始条件输入初始密度假定值密度变化模型：范例驱动重力流动的静水压力26Gz海底潜艇径（密度仅次于潜艇）海底潜艇径干扰在潜艇追踪里盐度驱动流动模拟密度均匀的圆柱区域在初始选项卡上指定通过输入（即prepin）文件设置指定密度的均匀梯度ifdis=7

in“FL”namelist

ρ=a–bz在时间为零附近密度边界的密度，并保持了从头到尾的时间不变.Drift-Flux模型27在体积分数它可用于分散阶段小滴接合模型的线性和二次情形到连续流体对变量的密度扩展，双流体流动和凝固模型:-预测两相流动分离由于重力/或加速参照结构-油/水-空气/尘埃，空气/雪花-水/沙-液体/气泡激活漂移流量模型前必须激活密度变化模型里Solvetransportequationfordensity的选项。Drift-Flux模型28流体的粘度和平均颗粒大小的函数:DFCOF=2ρ

r29µρ

—

流体的密度r—是在分散组件平均粒子大小µ—动态粘度二次漂移流量模型29二次漂移流量模型所需输入的参数如下：DragcoefficientAverageparticleradiusRichardson-ZakicoefficientDrift-FluxModel:SeparatorExample一个各50％石油和水的混合物从左侧进入激活漂移流量模型以及两个流体流动分散阶段（油）因浮力上升，分离的两个组成部分30Oil/WatermixtureWaterWaterOilSeparationof2incompressiblefluids表面张力31stationarywallmovingweb在属性树里可重新输入Example:slidecoatingontomovingweb在墙壁/组件里接触角控制的相互作用NEW!允许较大的时间步长紊流选项32必须设置粘度值推荐湍流模型3D模型，试图捕捉大旋涡结构，给出了一些波动，流通信息，可能需要很长的CPU计算时间用劣质单元的aspectratio在Z方向改变粘度的问题湍流的最大尺寸旋转最小单元尺寸推测的10％注意：湍流的初始条件和边界条件，也可以设置，否则，自动设置。粘度模型33触变性粘度模型中使用的材料，其粘度是由时间来决定.聚合物，非晶态合金，半固态金属。FLOW-3D®其他模式下的粘度是流动特性的功能。牛顿粘度模型粘性加热模型34请注意，粘度层流首先必须激活。这个选项还要激活传热选项墙壁摩擦选项35<0no-slip>0and<

varyingslip壁面剪切适用于所有组件表面和边界墙No-sliporpartialslip:流速=边界固体速度Free-slip:在流动越过固体表面时,由于在边界墙上摩擦系数受控制在组件的表面，在OBS输入文件的部分必须输入"OFRCOF"的值非牛顿粘度选项36合适的实验或分析数据来选择变量。基本构成方程使得许多共同粘度关系容易产生，如Carreau，动力规律模型其他模型用户可以定制来实现Particles37两种类型标记粒子运动的流体质量颗粒惯性在注射成型标记颗粒显示焊缝在光线里流动显示重质量粒子下沉质量粒子:大小和密度均匀用可变密度来大小均匀用可变大小来密度均匀带电粒子力：在流体非线性阻力压力重力电动力量粒子/流体相互作用：单向耦合完全耦合数额极限：颗粒没有数量无粒子/粒子相互作用Particle初始化粒子在时间零只允许有1块在一个特定的比率源允许多种来源特别粒子-历史粒子:压力，速度，流体部分等产生的历史情节可标记或大规模颗粒38质量粒子初始化在时间为零是流体密集的区域在容积源指定的速度产生粒子标记ParticleSetup39同固体相互作用：<0—颗粒粘住=0—非弹性碰撞=1—弹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数增加粒子粒子指定的摘要ParticleSource初始化40在每个种类将有大约相同的粒子数粒子大小范围初始粒子速度（仅质量粒子）PorousMedia模型41多孔介质阻力模型雷诺数相关的模型：通过一个过滤器流动渗透多孔介质模型不渗透多孔介质模型全球阻力参数注意：在网格创建多孔材料通过创建多孔组件。还可以指定组件特定阻力参数。创建多孔组件42孔隙度特性毛细管压力规格。表面积-所需的传热组件特定阻力系数像往常一样添加成分可以按此更改为多孔输入多孔多孔毛细管压力障碍毛细管压力需要考虑到孔隙表面张力：

Pcap=4scosa/d该模型用于润湿和未润湿之间区域的尖锐界面.毛细管压力是每个多孔障碍属:

正压—润湿条件

负压---非润湿条件对于毛细管压力的情况下是一个浸透的功能，在多孔介质非浸透流动模型也可以使用。43Inkdropletwickingintopaperda在一个毛孔里流体一般移动对象(GMO)44允许一个组件在整个区域移动或旋转运动可以规定，或与流体运动耦合规定运动耦合运动选择一般移动物体(碰撞)45碰撞是无摩擦的,因此在摩擦系数输入0激活碰撞模型一般移动物体46在FLOW-3D，一个GMO被列为几何组成部分。用户可以定义多个GMOs的运动类型。与固定部分组成，一个是GMO可以组成若干子几何。每个子可以通过二次功能和原始来定义，或STL数据，可实体，孔或组件。如果STL文件的使用，因为GMO几何是重新生成的每一个时间步长的计算，用户应努力尽量减少三角方面来定义GMO，以实现更快的执行的求解，同时保持必要程度的几何决议。大规模性能，子对象可以拥有不同质量密度。为了确定运动的GMO和解释正确的计算结果，用户需要了解的体固定参考系（bodysystem）所使用的模型。在FLOW-3D预处理，一个体系(x,y,z)会自动设定为每个GMO。最初的方向，其坐标轴（在t=0）是相同的空间系(x,y,z)。如果该运动有6-DOF，体系的原点是在GMO的质量中心（耦合运动），或在一个参考点（规定运动）;否则，它是在不动点（固定点运动），或在一个点上的旋转轴（固定轴旋转）。移动物体不