融化凝固
關注創建者：Oler 創建時間：2019-07-02
融化凝固的視頻教程
基于凝固-融化模型的水凝固和冰融化模擬
1.掌握凝固-融化模型仿真基本通用流程，冷凝-融化模型介紹與注意事項； 2.掌握meshing網格劃分過程； 3.掌握CFD-POST后處理過程，體渲染與ios平面； 4.提供源文件與答疑過程；
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STARCCM+系列CFD課程06-多相流-VOF方法
課程安排： <01> 多相流VOF方法知識點概述 <02> VOF-重力驅動流體 <03> VOF-毛細效應 <04> VOF-空化 <05> VOF-沸騰 <06> VOF-融化-凝固 <07> VOF-使用自適應網格化的油箱晃動
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融化凝固的實例教程
融化凝固模型概述</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 模型原理</strong></p><p><br></p><p>我們在Chapter37分享了Fluent融化凝固模型案例，前文只是介紹了Fluent中的操作過程。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHsGwpjGvJP9dDgAQdS0MkdsVjgSZayYaLnwsiaWwicFibfEPh0Ud7Rhf2Cw/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p>不知道大家會不會覺得很奇怪，Fluent模擬融化和凝固，那必然涉及到相變，既然有相變，那就應該存在多相流（固和液），但是我們卻沒有打開多相流模型？？那如何模擬融化過程？？</p><p><br></p><p><br></p><p>Fluent通過多孔介質的方式來間接模擬固體和液體的區別。當孔隙率設置為0，那就不存在流動現象，就相當于固態；而融化區域需要流動則設置一定的孔隙率，使液體融化流動現象較全液態有所區別。</p><p><br></p><p><br></p><p>本質上，與多孔介質模型類似，通過添加動量源項的形式，對流動進行限制，從而達到融化和凝固現象的模擬</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHsC7zJsGK6RC6xgdqzpoNdCsRjcocdHUuu9RcKgKdCXr3wJIWHCCs4Ag/640?
展開 1、問題描述
本案例演示本教程演示如何在STAR-CCM+ 中設置融化和凝固分析，其中模擬了水在管道中的凍結情形。模型如下：
2、軟件設置
（1）選擇物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分離流求解器來求解瞬態雷諾平均納維－斯托克斯方程。在激活流體域體積(VOF) 模型后，才可將融化和凝固選項用于歐拉相。物理模型的選擇如下：
（2）定義用于融化-凝固模型的液相；在連續體continuum中，右鍵單擊Models > EulerianMultiphase > Eulerian Phases 節點，創建新相，把新相命名為H2O，在H2O節點選擇流體和恒密度，融化-凝固模型。
將固相體積分數閾值設置為高于液相中使流體停止的值。在Eulerian Phases > H2O >Models節點，流體停止相對固體分數設置為0.999，亞松弛因子設置為0.1。
（3）設置初始條件；場函數將初始壓力場設置為線性分布：此分布接近期望的求解。用這種方式設置初始壓力可減少獲得求解所需的時間。指定入口和出口處的壓力分布以正確定義線性壓力場。創建進口壓力，出口壓力場函數。
（4）設置邊界條件；流體域的邊界條件設置類型如下：
先設置入口邊界條件。入口溫度是273.1 K，體積分數是 1.0。在反向流的情況下，則從壓力出口的指定壓力中扣除動態壓力以及因湍流造成的應力。因此，將入口壓力分布指定為：1+動壓；如入口壓力場函數中所指定。此設置的目的是，確保在水流入管道時靜態入口壓力實際始終為1.0 Pa。
出口壓力設置為環境壓力，即0 Pa 表壓。不過，上一節已為出口壓力定義了一個場函數，在此處再次使用。這種方法的優點是：如果必須更改整個域的壓力分布，僅在一個位置更改出口壓力即可，而不是兩個位置。
展開 尿素液在寒冷環境中會凍結，在汽車啟動時，用冷卻液對其進行加熱，融化后的尿素液才可以起到作用。下面將用一個簡單模型說明如何分析尿素液的融化過程，對設計熱管的排布和計算融化時間有指導作用。
下圖中，紅色的為熱管（冷卻液管），灰色為100*100mm的一個水箱。尿素液冷凍后的液面位置為80mm處。
在環境溫度為-50℃下，冷卻液管固定溫度50℃，觀察1000s后尿素的融化過程。
由于使用這個案例來熟悉如何設置多相流和融化凝固模型，所以將問題簡化為一個2D模型。如下圖的一個截面作為計算域。
最終的計算結果如下：
圖1. 尿素的體積分數，不管過多久，尿素的體積分數在80mm下都為1.
圖2. 溫度分布，尿素的融化溫度為262K
圖3， 速度分布，上部的速度分布是空氣的，下部的是融化的尿素的
圖4. 融化過程，200s, 500s, 1000s 后的流體體積分數。紅色部分為流體
展開 wx_fmt=jpeg" width="644" style=""> </p><p><strong>4.3 融化凝固模型</strong></p><p><br></p><p>下圖為融化凝固模型的界面，相較于蒸發冷凝模型，非常簡單，但是理解起來很有意思。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicGpcjP876VAVeBy8qbYEXlB3UTJF2LIGJxicvTG90cIKAkcN3zCDCOZpMj5mph3icTzLF1NJYmRPSQ/640?wx_fmt=jpeg" width="850" style=""> </p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">主要參數：Mushy Zone Constant糊狀區常數Amush</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">糊狀區常數Amush表示融化過程流動阻力的大??；該值越高，融化或凝固時速度梯度越大。較大的值可能會導致發散。對于大多數計算，建議值介于10000和10000000之間。Amush就是動量源項的一個系數。</span></p><p><br></p><p>關于融化凝固理論問題，內容較多，下一章會詳細講述。</p><p><br></p><p>如果使用了組分輸運模型，那么融化凝固模型的界面如下。
展開 2VOF模型
3多相混合模型
4歐拉多相流模型
5非預混燃燒模型
6預混燃燒模型
7部分預混燃燒模型
8組成PDF運輸模式
9煤煙模型
10羅斯藍底輻射模型
11融化凝固模型
12外殼傳導模型
13浮動操作壓力
14多孔介質的物理速度模型
15指定周期性流動流向的質量流率
專門應用于基于密度方法的情況
1真實的氣體模型（用戶自定義）
2非反射邊界條件
3濕蒸汽的多相流模型
本文轉自網絡，感謝原作者。
對文章中具體內容感興趣或者對使用CATIA幾何建模，ANSYS ICEM網格生成，Pointwise軟件使用方法，ANSYS Fluent軟件，CFD++軟件，STARCCM軟件及開源軟件SU2軟件感興趣的讀者可以關注技術鄰賬號：Oler或添加作者QQ3116264744。
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融化凝固的最新內容
-凝固模型及用戶自定義函數可幫助我精準模擬水工質在低溫下的固-液兩相轉換過程。
本研究基于Ansys Fluent 的凝固-融化模型，對熱管、VC兩種常用兩相散熱器內的毛細水、游離水在低溫下結冰的過程開展了仿真研究，獲得了不同溫降速率、溫域下的冰層演化規律，提煉出散熱器局部結冰鼓脹主要機理，為產品低溫可靠性改進提供了指導方向。
/凝固
? 傳質和閃蒸
流量保證-段塞流動畫
三維瞬態多相
跨接管道
Ansys跨接管道模擬
挑戰：
? 跨接管道在石油運輸中至關重要
? 帶有脈動形式的多相流
? 海底中流致振動 (FIV) 和渦流誘導的振動（VIV）
? 由于疲勞和共振造成的故障
Ansys解決方案：
? CFD求解器中豐富的多相流模型
融化/凝固問題的能量方程為[1][2][3]:
融化/凝固問題的動量方程為：
式中，φ表示為對應坐標方向上的速度分量。
霜層初始能量的計算公式：
1.2 除霜分析流程及計算模型
1.2 除霜分析流程及計算模型
CFD分析流程如圖2所示，分析過程中首先對幾何模型進行處理，并生成計算網格，之后設置物理模型、邊界條件進行穩態流場分析計算。
入選理由：講解了從幾何處理到求解融化的過程，視頻中整個過程流暢，通俗易懂，適合做凝固融化仿真Demo演示，科普實用性很高。
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7.
融化凝固模型概述</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 模型原理</strong></p><p><br></p><p>我們在Chapter37分享了Fluent融化凝固模型案例，前文只是介紹了Fluent中的操作過程。
Fluent不僅可以對蒸發-冷凝進行模擬（參見文章十三和文章三十），還可模擬凝固-融化過程。</p><p><br></p><p>相較于蒸發-冷凝模型，Fluent中的融化-凝固要簡單很多。下面我們以案例進行講解。
fluent還提供了離散型模型，用于模擬顆粒的流動，主要有DPM模型（稀疏的顆粒流動）、DDPM模型（稠密的顆粒流動）、PBM模型（使用歐拉方法求解顆粒流動）
傳質問題，fluent可以使用不同的方法模擬蒸發、冷凝、凝固、融化，自帶的求解器也能夠解決這樣的問題。
另一方面，增材制造過程中所固有的金屬粉末快速融化和凝固過程，以及超快的冷卻速度，更為研究人員提供了這樣一種有效調控成分波動的手段，從而形成多尺度的異構組織，并實現性能優化。
增材制造過程中所固有的金屬粉末快速融化和凝固過程，以及超快的冷卻速度，為研究人員提供了這樣一種有效調控成分波動的手段?；谶@種全新的思路，研究人員嘗試在3D打印過程中采用兩種常見合金粉末（Ti64和316L不銹鋼）進行混合打印。通過精心選擇的粉末種類，以及特殊的打印參數，在Ti-6Al-4V基礎合金中，成功實現了以Fe元素為主的微米級成分梯度。
