【b占余文乐】Fluent中凝固与融化模型【下】

二、连铸建模程序

正如《理论指南》中“连铸的动量方程和拉速”中所述，您可以在凝固/融化化计算中包括拉速来模拟连铸。在ANSYS fluent中建立连铸模型有三种方法

•指定恒定或可变的拉速。要使用此方法(默认值)，请不要启用Compute Pull velocity选项。如果使用这种方法，则需要在初始化解决方案之后为拉速修补常量值或自定义字段函数

Solution →  Initialization → Patch..

有关修补值的详细信息，请参阅选定单元格中的修补值。注意，对于整个区域内的拉速进行patch值是可以接受的，因为只有当液体分数小于1时，才会使用patch值

根据指定的速度边界条件，让ANSYS Fluent计算计算过程中的拉拔速度(等式2在上一个专栏中)。

要使用这种方法，请启用Compute Pull velocity选项。该方法计算量大，仅当拉速与液固界面位置密切相关时才推荐使用。

如果您使用ANSYS Fluent计算拉拔速度，那么除了在setup Procedure中给出的输入或setup过程外，就没有其他的输入或setup过程了。

•让ANSYS Fluent只计算一次拉力速度，然后在剩下的计算中使用这些值。为了使用这种方法，使用ANSYS Fluent进行一次迭代，计算拉速，然后关闭计算拉速选项，继续计算。在余下的计算中，ANSYS Fluent将使用第一次迭代时的拉速计算值。

三、热浮力和溶质浮力模型

当存在热浮力和溶质浮力的影响时，由于重力对介质变密度的影响，可以在区域内诱导流动。在多组分凝固问题中，密度的变化是由温度变化和液固界面附近的组分浓度梯度引起的，在ANSYS fluent中可以利用热浮力和溶质浮力选项模拟凝固和熔化时的浮力流动。

有关凝固和熔化问题中浮力诱导流动背后的理论的更多信息，请参见理论指南中的热浮力和溶质浮力。

凝固/融化化问题的设置程序在设置程序中描述。要包括热浮力和溶质浮力效应，请执行以下步骤

1、 启用“凝固和融化”对话框中的“包括热浮力”和“包括溶质浮力”选项（图1：“凝固和熔化”对话框）。

注：包含热浮力和包含溶质浮力选项仅在凝固模拟为物种迁移时可用

2、如自然对流和浮力驱动流所述，定义模拟热浮力的操作条件和特性

3、若要对溶质浮力建模，请在“创建/编辑材质”对话框中为除混合物中最后一种之外的所有物种的溶质膨胀系数指定一个值

注：默认情况下，溶质的共晶质量分数用作计算溶质浮力时溶质的参考物质质量分数。因此，不需要额外的输入。然而，在某些应用中，并不总是希望使用参考质量分数的默认值。在这种情况下，可通过文本用户界面输入溶质质量分数值，如下所示

四、解决程序

在解决流体流动和传热耦合问题之前，您可能需要修补初始温度或解决稳态传导问题作为初始条件，然后可以将耦合问题求解为稳态或瞬态。然而，由于这些问题的非线性性质，在大多数情况下，瞬态求解方法是首选的。

您可以在解决方案控制任务页中指定应用于液体分数方程的亚松弛因子

Solution →  Controls

在“松弛因子”下的“液体分数更新”字段中指定所需的值。这将在以下公式中设置的值，用于将液体分数从一次迭代（n）更新到下一次迭代（n+1）

在许多情况下，不需要更改的默认值。但是如果存在收敛困难，则减小该值可以提高解的收敛性。在稳态计算、连铸模拟、涉及多组分凝固的模拟以及使用大量糊状区常数的模拟中，可能会出现收敛困难。

五、后处理

对于凝固/熔化计算，可以根据模拟中启用的其他模型生成下列项目的图形图或字母数字报告。这些数量在凝固/熔化中可用…显示在后处理对话框中的变量选择下拉列表的类别

• Liquid Fraction

• Contact Resistivity

• Pull Velocity (X,Y,Z,Axial,Radial, and Swirl components)

• Liquidus Temperature

• Solidus Temperature

液体组分和接触电阻率溶液变量可用于所有凝固/熔化模拟。只有在模拟中包括拉速（计算的或指定的）时，拉速分量才可用。液相线温度和固相线温度只有在建立物种模型进行多组分凝固/熔化模拟时才可用。

图3：连续晶体生长的液相部分轮廓显示了连续晶体生长模拟中液相部分的填充轮廓。