fluent融化與凝固
關(guān)注創(chuàng)建者：甘十八 創(chuàng)建時(shí)間：2017-03-09
fluent融化與凝固的視頻教程
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(xiàng)； 2.掌握meshing網(wǎng)格劃分過(guò)程； 3.掌握CFD-POST后處理過(guò)程，體渲染與ios平面； 4.提供源文件與答疑過(guò)程；
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fluent融化與凝固的實(shí)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?cè)贑hapter37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(guò)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(huì)不會(huì)覺(jué)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(yīng)該存在多相流（固和液），但是我們卻沒(méi)有打開多相流模型？？那如何模擬融化過(guò)程？？</p><p><br></p><p><br></p><p>Fluent通過(guò)多孔介質(zhì)的方式來(lái)間接模擬固體和液體的區(qū)別。當(dāng)孔隙率設(shè)置為0，那就不存在流動(dòng)現(xiàn)象，就相當(dāng)于固態(tài)；而融化區(qū)域需要流動(dòng)則設(shè)置一定的孔隙率，使液體融化流動(dòng)現(xiàn)象較全液態(tài)有所區(qū)別。</p><p><br></p><p><br></p><p>本質(zhì)上，與多孔介質(zhì)模型類似，通過(guò)添加動(dòng)量源項(xiàng)的形式，對(duì)流動(dòng)進(jìn)行限制，從而達(dá)到融化和凝固現(xiàn)象的模擬</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHsC7zJsGK6RC6xgdqzpoNdCsRjcocdHUuu9RcKgKdCXr3wJIWHCCs4Ag/640?
展開 尿素液在寒冷環(huán)境中會(huì)凍結(jié)，在汽車啟動(dòng)時(shí)，用冷卻液對(duì)其進(jìn)行加熱，融化后的尿素液才可以起到作用。下面將用一個(gè)簡(jiǎn)單模型說(shuō)明如何分析尿素液的融化過(guò)程，對(duì)設(shè)計(jì)熱管的排布和計(jì)算融化時(shí)間有指導(dǎo)作用。
下圖中，紅色的為熱管（冷卻液管），灰色為100*100mm的一個(gè)水箱。尿素液冷凍后的液面位置為80mm處。
在環(huán)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(guò)程。
由于使用這個(gè)案例來(lái)熟悉如何設(shè)置多相流和融化凝固模型，所以將問(wèn)題簡(jiǎn)化為一個(gè)2D模型。如下圖的一個(gè)截面作為計(jì)算域。
最終的計(jì)算結(jié)果如下：
圖1. 尿素的體積分?jǐn)?shù)，不管過(guò)多久，尿素的體積分?jǐn)?shù)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(guò)程，200s, 500s, 1000s 后的流體體積分?jǐn)?shù)。紅色部分為流體
展開 1、問(wèn)題描述
本案例演示本教程演示如何在STAR-CCM+ 中設(shè)置融化和凝固分析，其中模擬了水在管道中的凍結(jié)情形。模型如下：
2、軟件設(shè)置
（1）選擇物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分離流求解器來(lái)求解瞬態(tài)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(xiàng)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(xù)體continuum中，右鍵單擊Models > EulerianMultiphase > Eulerian Phases 節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建新相，把新相命名為H2O，在H2O節(jié)點(diǎn)選擇流體和恒密度，融化-凝固模型。
將固相體積分?jǐn)?shù)閾值設(shè)置為高于液相中使流體停止的值。在Eulerian Phases > H2O >Models節(jié)點(diǎn)，流體停止相對(duì)固體分?jǐn)?shù)設(shè)置為0.999，亞松弛因子設(shè)置為0.1。
（3）設(shè)置初始條件；場(chǎng)函數(shù)將初始?jí)毫?chǎng)設(shè)置為線性分布：此分布接近期望的求解。用這種方式設(shè)置初始?jí)毫蓽p少獲得求解所需的時(shí)間。指定入口和出口處的壓力分布以正確定義線性壓力場(chǎng)。創(chuàng)建進(jìn)口壓力，出口壓力場(chǎng)函數(shù)。
（4）設(shè)置邊界條件；流體域的邊界條件設(shè)置類型如下：
先設(shè)置入口邊界條件。入口溫度是273.1 K，體積分?jǐn)?shù)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(dòng)態(tài)壓力以及因湍流造成的應(yīng)力。因此，將入口壓力分布指定為：1+動(dòng)壓；如入口壓力場(chǎng)函數(shù)中所指定。此設(shè)置的目的是，確保在水流入管道時(shí)靜態(tài)入口壓力實(shí)際始終為1.0 Pa。
出口壓力設(shè)置為環(huán)境壓力，即0 Pa 表壓。不過(guò)，上一節(jié)已為出口壓力定義了一個(gè)場(chǎng)函數(shù)，在此處再次使用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：如果必須更改整個(gè)域的壓力分布，僅在一個(gè)位置更改出口壓力即可，而不是兩個(gè)位置。
展開 概念</strong></p><p> </p><p>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(jiàn)文章十三和文章三十），還可模擬凝固-融化過(guò)程。</p><p><br></p><p>相較于蒸發(fā)-冷凝模型，Fluent中的融化-凝固要簡(jiǎn)單很多。下面我們以案例進(jìn)行講解。</p><p><br></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">使用限制：</span></p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">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。</span></p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">2.不能用于可壓縮流動(dòng)。</span></p><p><span style="color: rgb(255, 129, 36);">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。</span></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>2. 模型描述</strong></p><p> </p><p>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。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicGpcjP876VAVeBy8qbYEXlJZx4G4iaTK9Aw46W7XJuwgeMLBRnicnCtUvoVRa9R91cfLZMmWhDGrDA/640?
展開 基于FLUENT融化模型的晶體CZ法生長(zhǎng)過(guò)程仿真
如下圖所示，在一個(gè)直筒型的熱系統(tǒng)中，采用石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶半導(dǎo)體熔化，然后將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，并反轉(zhuǎn)坩堝，將籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過(guò)引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)、收尾等過(guò)程，由此，單晶半導(dǎo)體就生長(zhǎng)出來(lái)了。該方法被稱為CZ法(連續(xù)直拉法）。
Cz法單晶生長(zhǎng)過(guò)程中涉及凝固的流體流動(dòng)問(wèn)題，而Fluent多相流中的凝固模型非常適合用來(lái)模擬連續(xù)鑄造過(guò)程，本算例中將采用自定義函數(shù)設(shè)置固定的提拉速度，模擬固體材料不斷從鑄造區(qū)域被拉出的過(guò)程。熔融狀態(tài)的金屬半導(dǎo)體在坩堝內(nèi)冷卻，坩堝邊界溫度為1400k，入口速度為0.00101m/s，溫度為1300k，出口速度為豎直0.001m/s，同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)角速度1rad/s，溫度為500k，金屬自由液面溫度為1400k，由于馬蘭戈尼效應(yīng)，存在表面張力梯度-0.00036n/m-k，固體邊界溫度為500k，同時(shí)存在相對(duì)于內(nèi)部單元的旋轉(zhuǎn)速度1rad/s。具體邊界條件如下圖所示。
仿真計(jì)算結(jié)果如下圖所示
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fluent融化與凝固的最新內(nèi)容
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?cè)贑hapter37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(guò)程。
</p><p><br></p><p>相較于蒸發(fā)-冷凝模型，Fluent中的融化-凝固要簡(jiǎn)單很多。下面我們以案例進(jìn)行講解。
基于FLUENT融化模型的晶體CZ法生長(zhǎng)過(guò)程仿真
如下圖所示，在一個(gè)直筒型的熱系統(tǒng)中，采用石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶半導(dǎo)體熔化，然后將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，并反轉(zhuǎn)坩堝，將籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過(guò)引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)、收尾等過(guò)程，由此，單晶半導(dǎo)體就生長(zhǎng)出來(lái)了。該方法被稱為CZ法(連續(xù)直拉法）。
Cz法單晶生長(zhǎng)過(guò)程中涉及凝固的流體流動(dòng)問(wèn)題，而
1、問(wèn)題描述
本案例演示本教程演示如何在STAR-CCM+ 中設(shè)置融化和凝固分析，其中模擬了水在管道中的凍結(jié)情形。模型如下：
2、軟件設(shè)置
（1）選擇物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分離流求解器來(lái)求解瞬態(tài)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(xiàng)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
本教程演示了鑄造凝固過(guò)程中的流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的設(shè)置和求解。
1 啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)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(dòng)FLUENT 19.2。
（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇2D，在Option中選擇Double
由于各國(guó)的環(huán)境保護(hù)部門提出進(jìn)一步減少柴油機(jī)排放放的氮氧化物污染物。國(guó)內(nèi)俗稱歐IV標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商開始使用SCR技術(shù)（ Selective Catalytic Reduction Technology選擇性催化還原技術(shù)）來(lái)達(dá)到環(huán)保部門的要求。
柴油機(jī)尾氣處理液(國(guó)內(nèi)俗稱為：汽車尿素，車用尿素，汽車環(huán)保尿素)，是SCR技術(shù)中必須要用到的消耗品。
SCR系統(tǒng)包括尿素罐（裝載柴油機(jī)尾氣處理液），SCR
