Fluent：固化與熔化模型

2016-10-24 by:CAE仿真在線來源:互聯網

FLUENT采用“焓-多孔度(enthalpy-porosity)”技術模擬流體的固化和熔化(Solidification/Melting)過程。在流體的固化和熔化問題中,流場可以分成流體區域、固體區域和兩者之間的糊狀區域。“焓-多孔度”技術采用的計算策略是將流體在網格單元內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域看作多孔介質區進行處理。在流體的固化過程中,多孔度從1降低到0;反之,在熔化過程中,多孔度則從0升至1。“焓-多孔度”技術通過在動量方程中添加匯項(即負的源項)模擬因固體材料存在而出現的壓強降。

“焓-多孔度”技術可以模擬的問題包括純金屬或二元合金中的固化、熔化問題、連續鑄造加工過程等。計算中可以計算固體材料與壁面之間因空氣的存在而產生的熱阻,固化、熔化過程中組元的輸運等等。需要注意的是,在求解固化、熔化問題的過程中,只能采用分離算法,只能與VOF模型配合使用,不能計算可壓縮流,不能單獨設定固體材料和流體材料的性質,同時在模擬帶反應的組元輸運過程時,無法將反應區限制在流體區域,而是在全流場進行反應計算。

① Parameters定義

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

② Materials設置

在Materials(材料)面板上,定義Melting Heat(熔化熱)、Solidus Temperature(固相點溫度)和Liquidus Temperature(液相點溫度)。如果計算中涉及組元輸運過程,則必須同時定義溶劑的融解溫度(Melting Temperature),同時需要定義熔化物的液相線相對于濃度的斜率(Slope of Liquidus Line)、分配系數(Partition Coefficient)和固體中的擴散速率(Diffusion in Solid)等參數。

③ 設置邊界條件

除了常規的邊界條件設置,對于固化和熔化問題還有一些特殊設置,其中包括:在計算壁面接觸熱阻時設置接觸熱阻(Contact Resistance)。這個參數在Wall(壁面)面板中的ThermalConditions(熱力學條件)下給定。

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

如果計算拉出速度,則在邊界條件中的速度邊界條件將被用于拉出速度的計算。

開放分享：優質有限元技術文章,助你自學成才