本教程演示了鑄造凝固過程中的流體流動和傳熱問題的設置和求解。

 1     啟動FLUENT并導入網(wǎng)格 

（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令，啟動FLUENT 19.2。

（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇2D，在Option中選擇Double Precision，在Display Options中勾選Display Mesh After Reading和Workbench Color Scheme，單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。

（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕，彈出Select File（導入網(wǎng)格）對話框，選擇文件名為solid.msh的網(wǎng)格文件，單擊OK按鈕便可導入網(wǎng)格。

（4）導入網(wǎng)格后，在圖形顯示區(qū)將顯示幾何模型。

（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網(wǎng)格質量，確保不存在負體積。

 2     定義求解器 

（1）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在2DSpace中選擇Axisymmetric Swirl。

勾選Gravity，在X方向上填入-9.81。

（2）在模型設定面板雙擊Solidification & Melting按鈕，彈出Solidification and Melting（凝固與熔化模型）對話框，勾選Solidification and Melting，勾選Include Pull Velocities，單擊OK按鈕確認。

 3     設置材料 

（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit按鈕，彈出Create/Edit Materials（材料）對話框。在Name中填入liquid-metal，Density選擇polynomial，在彈出的Polynomial Profile對話框中，Coefficients填入2，Coefficients中依次填入8000和-0.1，單擊OK按鈕確認關閉Polynomial Profile對話框。

在Create/Edit Materials（材料）對話框中，Cp 填入680，Thermal Conductivity填入30，Viscosity填入0.00553，Pure Solvent Melting Heat填入100000，Solidus Temperature填入1150，Liquidus Temperature填入1150，單擊Change/Create按鈕完成物質的設定。

 4     邊界條件 

（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions按鈕啟動的計算域設置面板。

（2）在計算域設置面板中，雙擊fluid彈出fluid設置對話框。在Material Name中選擇liquid-metal，單擊OK按鈕確認退出。

（3）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按鈕啟動邊界條件設置面板。

（4）在邊界條件面板中，雙擊inlet彈出邊界條件設置對話框。在Velocity Magnitude中填入0.00101。

在Thermal選項卡中，Temperature中輸入1300，單擊OK按鈕確認退出。

（5）在邊界條件面板中，雙擊outlet彈出邊界條件設置對話框。在Velocity Specification Method中選擇Components，Axial-Velocity中填入0.001，Swirl Angular Velocity中填入1。

在Thermal選項卡中，Temperature中輸入500，單擊OK按鈕確認退出。

（6）在邊界條件面板中，雙擊bottom-wall彈出邊界條件設置對話框。在Thermal選項卡中，Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature中輸入1300，單擊OK按鈕確認退出。

（7）在邊界條件面板中，雙擊free-surface彈出邊界條件設置對話框。在Shear Condition中選擇Marangoni Stress，Surface Tension Gradient填入-0.00036。

在Thermal選項卡中，Thermal Conditions選擇Convection，Heat Transfer Coefficient中輸入100，F(xiàn)ree Stream Temperature中輸入1500，單擊OK按鈕確認退出。

（8）在邊界條件面板中，雙擊side-wall彈出邊界條件設置對話框。在Thermal選項卡中，Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature中輸入1400，單擊OK按鈕確認退出。

（9）在邊界條件面板中，雙擊solid-wall彈出邊界條件設置對話框。在Wall Motion中選擇Moving Wall，在Motion中，選擇Rotational，Speed填入1.0。

在Thermal選項卡中，Thermal Conditions選擇Temperature，Temperature中輸入500，單擊OK按鈕確認退出。

 5     求解控制 

（1）單擊主菜單中Solving→Solution→Methods按鈕，彈出Solution Methods（求解方法設置）面板。在Scheme中選擇Coupled，在Pressure中選擇PRESTO!，勾選Pseudo Transient。

（2）單擊主菜單中Solving→Controls→Controls按鈕，彈出Solution Controls（松弛因子控制）面板。單擊Equations按鈕，彈出Equations（方程）對話框，取消選擇Flow 和Swirl Velocity，單擊OK按鈕確認。

（3）單擊主菜單中Solving→Reports→Residuals按鈕，彈出Residuals Monitors（殘差監(jiān)視）面板，在Options中選擇Plot，單擊OK按鈕確認退出。

 6     初始條件 

（1）單擊主菜單中Solving→Initialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設置）面板。

Initialization Methods中選擇Hybrid，單擊Initialize按鈕進行初始化。

（2）單擊主菜單中User Defined→Field Functions→Custom按鈕，彈出Custom Field Function Calculator對話框。在Field Functions中選擇Mesh和Radial Coordinate，單擊Select按鈕，在分別單擊乘號和數(shù)字1，New Function Name.中填入omegar，單擊Define按鈕確認。

（3）在初始化設置面板，單擊Patch按鈕，彈出Patch對話框，在Variable中選擇Axial Pull Velocity，Value中填入0.001，Zones to Patch中選擇fluid，單擊Patch按鈕。 

在Variable中選擇Swirl Pull Velocity，勾選Use Field Function，在Field Function中選擇omegar，Zones to Patch中選擇fluid，單擊Patch按鈕。

 7     計算求解 

單擊主菜單中Solving→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。

在Time Step Method中，F(xiàn)luid Time Scale選擇User Specified，Solid Time Scale選擇User Specified，Number of Iterations中填入20，單擊Calculate開始計算。

 8     結果后處理 

（1）在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對話框。

Contous of選擇Temperature和Static Temperature，在Options中選擇Filled，單擊Display按鈕，顯示云圖。

 9     瞬態(tài)計算 

（1）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在Time中選擇Transient。

（2）單擊主菜單中Solving→Controls→Controls按鈕，彈出Solution Controls（松弛因子控制）面板。單擊Equations按鈕，彈出Equations（方程）對話框，選擇Flow 和Swirl Velocity，單擊OK按鈕確認。

（3）在松弛因子控制面板中，Liquid Fraction Update中填入0.1。

（4）單擊主菜單中Solving→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。Time Step Size中填入0.1，Number of Time Steps填入50，單擊Calculate開始計算。

（5）在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對話框。

Contous of選擇Temperature和Static Temperature，在Options中選擇Filled，單擊Display按鈕，顯示云圖。

Contous of選擇Velocity和Stream Function，在Options中取消選擇Filled，單擊Display按鈕，顯示云圖。 

Contous of選擇Solidification/Melting和Liquid Fraction，在Options中選擇Filled，單擊Display按鈕，顯示云圖。