1. 概念

物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)叫凝固，凝固時(shí)要放熱。Fluent不僅可以對(duì)蒸發(fā)-冷凝進(jìn)行模擬（參見文章十三和文章三十），還可模擬凝固-融化過(guò)程。

相較于蒸發(fā)-冷凝模型，F(xiàn)luent中的融化-凝固要簡(jiǎn)單很多。下面我們以案例進(jìn)行講解。

使用限制：

1.只能與基于壓力的求解器一起使用；不適用于基于密度的求解器。

2.不能用于可壓縮流動(dòng)。

3.在一般的多相流模型（VOF、Mixture和歐拉）中，只有 VOF 模型可以與凝固/熔化模型一起使用。

2. 模型描述

本例的模型很簡(jiǎn)單，冰塊在高溫壁面加熱融化，其中底面和右面均為高溫壁面，而上面和左面則為絕熱壁面。

3. 基本設(shè)置

3.1 導(dǎo)入網(wǎng)格：

使用Fluent軟件打開Chapter37.msh.gz網(wǎng)格文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。

3.2 修改模型尺寸

本案例模型尺寸需要將x和y方向同時(shí)縮小100倍，關(guān)于scale mesh詳細(xì)設(shè)置查看Chapter31 Fluent空化模型

3.3 求解器設(shè)置

基于壓力求解器，瞬態(tài)設(shè)置，勾選重力

4. 設(shè)置計(jì)算模型

4.1 能量方程

打開能量方程

4.2 湍流模型設(shè)置

4.3 融化凝固模型

下圖為融化凝固模型的界面，相較于蒸發(fā)冷凝模型，非常簡(jiǎn)單，但是理解起來(lái)很有意思。

主要參數(shù)：Mushy Zone Constant糊狀區(qū)常數(shù)Amush

糊狀區(qū)常數(shù)Amush表示融化過(guò)程流動(dòng)阻力的大小；該值越高，融化或凝固時(shí)速度梯度越大。較大的值可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)散。對(duì)于大多數(shù)計(jì)算，建議值介于10000和10000000之間。Amush就是動(dòng)量源項(xiàng)的一個(gè)系數(shù)。

關(guān)于融化凝固理論問(wèn)題，內(nèi)容較多，下一章會(huì)詳細(xì)講述。

如果使用了組分輸運(yùn)模型，那么融化凝固模型的界面如下。

主要是考慮了溶液的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)不同的原因（純物質(zhì)的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)相同），如下圖，因此不能像純物質(zhì)那樣直接通過(guò)溫度判斷融化狀態(tài)了。

5. 材料設(shè)置

5.1 添加water-l材料

單擊Fluent Database，找到water-liquid，點(diǎn)擊copy

5.2 修改water材料屬性

單擊copy后，回到water屬性設(shè)置界面。單擊water后的Edit

Solidus Temperature表示固相線溫度，對(duì)于純物質(zhì)即凝固點(diǎn)，Liquidus Temperature表示熔點(diǎn)，對(duì)于純物質(zhì)，兩者相同。對(duì)于冰設(shè)置為0℃即可。

Pure Solvent Melting Temperature：融化/凝固相變潛熱，對(duì)于水-冰系統(tǒng)，值為335000J/kg

理論部分下篇文章會(huì)詳細(xì)介紹。

注：

1. 更改溫度單位方法

這里為了方便，我們將溫度更改為以攝氏度顯示。

單擊Units，在Quantities找到溫度

Units選擇C，表示選擇攝氏度。單擊New，

保持默認(rèn)，點(diǎn)擊ok即可

2. 若使用了多相流，對(duì)于不發(fā)生相變的物質(zhì)如空氣，其材料屬性也會(huì)出現(xiàn)Solidus Temperature等參數(shù)，如何設(shè)置？

對(duì)于沒(méi)有熔化或凝固的相，必須將潛熱Pure Solvent Melting Temperature、液相線溫度Liquidus Temperature和固相線溫度Solidus Temperature設(shè)置為0K

6. 計(jì)算域設(shè)置

由于沒(méi)有使用多相流模型，因此需要將兩個(gè)計(jì)算域air和ice都更改為Fluid，材料選擇water。

選擇air_surface，單擊Edit

材料選擇water，單擊apply即可，對(duì)ice_surface進(jìn)行同樣的設(shè)置。

7. 邊界條件設(shè)置

單擊heat_wall-air_surface，設(shè)置邊界條件為wall，設(shè)置壁面溫度為50℃，單擊apply。

使用copy方法對(duì)heat_wall-ice_surface和right進(jìn)行復(fù)制邊界條件，設(shè)置相同邊界條件。

單擊left，設(shè)置邊界條件為wall，設(shè)置絕熱壁面。使用copy，對(duì)top邊界進(jìn)行同樣設(shè)置。

8. 求解方法

8.1 求解方法

Solution-Solution Methods

8.2 求解控制

Solution-Solution Controls

保持默認(rèn)即可

8.3 殘差設(shè)置

殘差設(shè)置保持默認(rèn)即可

9. 初始化

由于需要設(shè)置流場(chǎng)溫度，因此選擇標(biāo)準(zhǔn)初始化

單擊Initialize后，點(diǎn)擊Patch，對(duì)冰區(qū)域設(shè)置溫度，選擇Temperature，Value設(shè)置為-1℃，Zone to patch選擇ice_surface。將冰區(qū)域溫度設(shè)置為-1℃

10. 計(jì)算設(shè)置

Time Step Size設(shè)置為0.0001，時(shí)間步設(shè)置為1000步，每時(shí)間步最大迭代次數(shù)設(shè)置為20.

11. 后處理

11.1 液相體積分?jǐn)?shù)

由于沒(méi)有打開多相流，相當(dāng)于冰塊在熱水中被加熱融化。因此周圍液相體積分?jǐn)?shù)為1

11.2 液相體積分?jǐn)?shù)動(dòng)畫

11.3 溫度分布

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本來(lái)應(yīng)該放上鏈接的，但是不知道啥原因，阿里云盤分享不了，百度云盤上傳不了，搞了半小時(shí)也沒(méi)成功。因此直接上傳的QQ群中了。