fluent融化與凝固的案例
三十八、Fluent融化凝固模型參數(shù)設置依據(jù)
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(zhì)的方式來間接模擬固體和液體的區(qū)別。當孔隙率設置為0，那就不存在流動現(xiàn)象，就相當于固態(tài)；而融化區(qū)域需要流動則設置一定的孔隙率，使液體融化流動現(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(xiàn)象的模擬</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHsC7zJsGK6RC6xgdqzpoNdCsRjcocdHUuu9RcKgKdCXr3wJIWHCCs4Ag/640?
展開 Fluent 凝固融化/多相流 車用尿素在寒冷環(huán)境下加熱分析 ￥20
尿素液在寒冷環(huán)境中會凍結(jié)，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(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(jié)果如下：
圖1. 尿素的體積分數(shù)，不管過多久，尿素的體積分數(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. 融化過程，200s, 500s, 1000s 后的流體體積分數(shù)。紅色部分為流體
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——融化凝固
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(jié)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(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，創(chuàng)建新相，把新相命名為H2O，在H2O節(jié)點選擇流體和恒密度，融化-凝固模型。
將固相體積分數(shù)閾值設置為高于液相中使流體停止的值。在Eulerian Phases > H2O >Models節(jié)點，流體停止相對固體分數(shù)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(shù)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(chuàng)建進口壓力，出口壓力場函數(shù)。
（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(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態(tài)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(shù)中所指定。此設置的目的是，確保在水流入管道時靜態(tài)入口壓力實際始終為1.0 Pa。
出口壓力設置為環(huán)境壓力，即0 Pa 表壓。不過，上一節(jié)已為出口壓力定義了一個場函數(shù)，在此處再次使用。這種方法的優(yōu)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 三十七、Fluent冰塊融化模擬
概念</strong></p><p> </p><p>物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)叫凝固，凝固時要放熱。Fluent不僅可以對蒸發(fā)-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(fā)-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。</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。</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?
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FLUENT多相流案例之八：基于FLUENT融化模型的晶體CZ法生長過程仿真 ￥9
基于FLUENT融化模型的晶體CZ法生長過程仿真
如下圖所示，在一個直筒型的熱系統(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體熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉(zhuǎn)動籽晶，并反轉(zhuǎn)坩堝，將籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾等過程，由此，單晶半導體就生長出來了。該方法被稱為CZ法(連續(xù)直拉法）。
Cz法單晶生長過程中涉及凝固的流體流動問題，而Fluent多相流中的凝固模型非常適合用來模擬連續(xù)鑄造過程，本算例中將采用自定義函數(shù)設置固定的提拉速度，模擬固體材料不斷從鑄造區(qū)域被拉出的過程。熔融狀態(tài)的金屬半導體在坩堝內(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，存在表面張力梯度-0.00036n/m-k，固體邊界溫度為500k，同時存在相對于內(nèi)部單元的旋轉(zhuǎn)速度1rad/s。具體邊界條件如下圖所示。
仿真計算結(jié)果如下圖所示
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展開 FLUENT鑄造凝固模擬
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(zhì)量，確保不存在負體積。
2 定義求解器
（1）單擊命令結(jié)構(gòu)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。
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