Fluent：固化与熔化模型

2016-10-24 by:CAE仿真在线来源:互联网

FLUENT采用“焓-多孔度(enthalpy-porosity)”技术模拟流体的固化和熔化(Solidification/Melting)过程。在流体的固化和熔化问题中,流场可以分成流体区域、固体区域和两者之间的糊状区域。“焓-多孔度”技术采用的计算策略是将流体在网格单元内占有的体积百分比定义为多孔度(porosity),并将流体和固体并存的糊状区域看作多孔介质区进行处理。在流体的固化过程中,多孔度从1降低到0;反之,在熔化过程中,多孔度则从0升至1。“焓-多孔度”技术通过在动量方程中添加汇项(即负的源项)模拟因固体材料存在而出现的压强降。

“焓-多孔度”技术可以模拟的问题包括纯金属或二元合金中的固化、熔化问题、连续铸造加工过程等。计算中可以计算固体材料与壁面之间因空气的存在而产生的热阻,固化、熔化过程中组元的输运等等。需要注意的是,在求解固化、熔化问题的过程中,只能采用分离算法,只能与VOF模型配合使用,不能计算可压缩流,不能单独设定固体材料和流体材料的性质,同时在模拟带反应的组元输运过程时,无法将反应区限制在流体区域,而是在全流场进行反应计算。

① Parameters定义

在Parameters下面定义Mushy Zone Constant(糊状区域常数)。这个常数的取值范围一般在104到107之间,取值越大沉降曲线就越陡峭,固化过程的计算速度就越快,但是取值过大容易引起计算振荡,因此需要在计算中通过试算获得最佳数值。

② Materials设置

在Materials(材料)面板上,定义Melting Heat(熔化热)、Solidus Temperature(固相点温度)和Liquidus Temperature(液相点温度)。如果计算中涉及组元输运过程,则必须同时定义溶剂的融解温度(Melting Temperature),同时需要定义熔化物的液相线相对于浓度的斜率(Slope of Liquidus Line)、分配系数(Partition Coefficient)和固体中的扩散速率(Diffusion in Solid)等参数。

③ 设置边界条件

除了常规的边界条件设置,对于固化和熔化问题还有一些特殊设置,其中包括:在计算壁面接触热阻时设置接触热阻(Contact Resistance)。这个参数在Wall(壁面)面板中的ThermalConditions(热力学条件)下给定。

如果需要定义壁面上表面张力对温度的梯度,则在ShearCondition(剪切条件)下选择MarangoniStress(Marangoni应力)选项。

如果计算拉出速度,则在边界条件中的速度边界条件将被用于拉出速度的计算。

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