FLOW-3D_V93物理模型

1、FLOW SCIENCE第第六六章章、FLOW-3D物理模型物理模型1FLOW-3D v9.3FLOW SCIENCE物理模型物理模型2 物理模型选项讲解物理模型选项讲解 离心铸造模型离心铸造模型 沉积物冲刷模型沉积物冲刷模型 密度变化模型密度变化模型 粒子模型粒子模型 运动组件运动组件 多孔组件多孔组件FLOW SCIENCE3物理模型物理模型l启动物理模型：启动物理模型：Model SetupPhysicsModel SetupPhysicsl复选栏有复选栏有钩号钩号标记表示激活模型标记表示激活模型l参见手册中的说明或选择模型参考部分：参见手册中的说明或选择模型参考部分：Help Help

2、 Contents Contents FLOW SCIENCE4数据和作用必需使用物理模型的操作数据和作用必需使用物理模型的操作在在PhysicalPhysical栏激活的物理模型栏激活的物理模型指定相应的流体指定相应的流体/ /障碍属性障碍属性定义初始和边界条件定义初始和边界条件选择数值选项（可选，可以使用默认值）选择数值选项（可选，可以使用默认值）选择数据输出（可选）选择数据输出（可选）模型模型选择选择物理物理属性属性网格边界网格边界条件条件液体初始液体初始条件条件障碍属性障碍属性和初始条件和初始条件选择数据选择数据输出输出（可选）（可选）数值选项数值选项（可选）（可选）FLOW SCIE

3、NCE能源传送和热传递能源传送和热传递打开热传递窗口，选择打开热传递窗口，选择PhysicsPhysics Heat Transfer Heat Transfer 。流体能量平流：流体能量平流： 选择一阶或二阶计算流体选择一阶或二阶计算流体（s s）内的温度变化。）内的温度变化。流体固体热传递：流体固体热传递： 集中的温度模型假设在固体集中的温度模型假设在固体有温度分布均匀：有温度分布均匀： 当全能量方程求解时，需要当全能量方程求解时，需要预测在固体温度的变化。预测在固体温度的变化。5FLOW SCIENCE流体热性能流体热性能l 数据可从材料库导入或在特性树里输入。数据可从材料库导入或在特性

4、树里输入。l 没活跃的模型是灰色的显示。没活跃的模型是灰色的显示。l 默认值显示，替换为你自己需要的值。默认值显示，替换为你自己需要的值。6 6FLOW SCIENCE流体热性能流体热性能7 7每当在每当在FLOW-3DFLOW-3D 启动能源需要对流体的启动能源需要对流体的热量的特性。基本特性是比热和流体的热热量的特性。基本特性是比热和流体的热传导性。如果假设在传导性。如果假设在CGS CGS 单位里没有输入单位里没有输入信息，水的特性。此外，每单位功率源质信息，水的特性。此外，每单位功率源质量提供了一个方法，估计在整个反应均匀量提供了一个方法，估计在整个反应均匀流体被释放的能量。参考温度应

5、在指定为流体被释放的能量。参考温度应在指定为特定的问题方便的温度。如果问题只考虑特定的问题方便的温度。如果问题只考虑对流和热传导，此值不会影响结果，被假对流和热传导，此值不会影响结果，被假设为设为0 0值。值。FLOW SCIENCE8 8ComponentComponent的热性能的热性能l 数据可从材料库导入或在特性树输入。数据可从材料库导入或在特性树输入。l 默认值是零，这将影响部分的热行为。默认值是零，这将影响部分的热行为。如果没有指定的如果没有指定的传热系数传热系数- -这将假这将假设接触阻力是零设接触阻力是零如果没有指定如果没有指定- -组组件温度分布均匀件温度分布均匀如果没有指定

6、如果没有指定- -组组件不变的（用户件不变的（用户定义）温度定义）温度设置为设置为0 0，组件，组件以绝热模拟以绝热模拟FLOW SCIENCEMesh Boundary ConditionsMesh Boundary Conditions9 9墙壁、流入流体的墙壁、流入流体的温度，外域的温度温度，外域的温度来自墙壁来自墙壁的热流量的热流量传热传热calccalc的的长度比例长度比例由时间来决由时间来决定温度变化定温度变化热流量依赖热流量依赖时间时间传热面积传热面积的增效器的增效器如果没有指定传热系如果没有指定传热系数，那就由系统估计数，那就由系统估计FLOW SCIENCE流体的初始温度流体

7、的初始温度1010可以指定可以指定空洞温度空洞温度一个连续流一个连续流体区域可以体区域可以有一个指定有一个指定的温度的温度创建局部的创建局部的温度区域温度区域所有初始液所有初始液体的温度初体的温度初始化为均匀始化为均匀FLOW SCIENCE1111能源输送和传热选项能源输送和传热选项显式显式/ /隐式选项隐式选项: : 显式求解器是显式求解器是默认的默认的 隐式求解器采隐式求解器采用了用了ADIADI（交（交替方向隐式）替方向隐式）求解求解收敛控制（仅为收敛控制（仅为隐式）隐式）l控制数的迭代控制数的迭代l控制收敛标准控制收敛标准l调整超过缓和参调整超过缓和参数数l降低降低CPUCPU的的时

8、间减少求解时间减少求解选项选项l为稳定状态为稳定状态或传导有用为或传导有用为主的问题主的问题FLOW SCIENCE12能源输送和传热选项能源输送和传热选项这种隐式的计划数值稳定的所有时间这种隐式的计划数值稳定的所有时间步长值，因此当时的时间步长的大小可步长值，因此当时的时间步长的大小可以比一些模拟大。在这种情况下，这个以比一些模拟大。在这种情况下，这个选项提供了最大的改进是：小网格单元选项提供了最大的改进是：小网格单元，高导热，低流体流量。，高导热，低流体流量。此外，此外，FLOW-3D有能力关闭的动量有能力关闭的动量方程计算。如果重新启动计算，等速的方程计算。如果重新启动计算，等速的假设场

9、选择动量方程关闭，并假定速度假设场选择动量方程关闭，并假定速度场的时间是固定的场的时间是固定的-无论是从初始条件或无论是从初始条件或从以前的运行计算的领域。另外，零速从以前的运行计算的领域。另外，零速度场可以假设，在这种情况下，速度场度场可以假设，在这种情况下，速度场固定为整个为零，只有热传导热的计算固定为整个为零，只有热传导热的计算方法。最后，指出了流体的速度场是最方法。最后，指出了流体的速度场是最后的选择零和解决内部的障碍（固体区后的选择零和解决内部的障碍（固体区域）只有热传导。域）只有热传导。FLOW SCIENCEGravityGravity1313重力重力方向方向FLOW-3D FL

10、OW-3D 内的重力方向是以卡式座标内的重力方向是以卡式座标系定义。数值可为系定义。数值可为 X, Y, Z X, Y, Z 三方向之一三方向之一，或者是以分量的方式加以组合，或者是以分量的方式加以组合SISI：9.89.8CGSCGS：980980目前这个模型的重力方向是在目前这个模型的重力方向是在YY轴，因轴，因此仅需在此仅需在YY方向设定数值。方向设定数值。数值与单位有关。数值与单位有关。FLOW SCIENCEGravityGravity1414重力重力方向方向SISI：9.89.8CGSCGS：980980目前这个模型的重力方向是在目前这个模型的重力方向是在ZZ轴轴，因此仅需在，因此

11、仅需在ZZ方向设定数值。方向设定数值。数值与单位有关。数值与单位有关。进料进料方向方向FLOW SCIENCEHeat transferHeat transfer1515能源对流有两个可供选择能源对流有两个可供选择: : First orderFirst order和和Second order Second order 。 Second order Second order的选择是更准的选择是更准确，但需要更多的计算时间。在铸造方面确，但需要更多的计算时间。在铸造方面通常下通常下选择选择 First order First order . .模拟固体绝缘，就是没有模拟固体绝缘，就是没有从流体能

12、量转移到固体。从流体能量转移到固体。从流体能量转移到恒温固从流体能量转移到恒温固体体. .第一个是均匀传热第一个是均匀传热, ,第二第二个是非均匀传热个是非均匀传热. .全面解决固体能量方程全面解决固体能量方程FLOW SCIENCEHeat Transfer OnlyHeat Transfer Only1616理想的模式下只有传热和理想的模式下只有传热和跳过流体流动的解决方案跳过流体流动的解决方案lUse constant velocity fieldUse constant velocity field当在一个稳态流场做了当在一个稳态流场做了重新启动的传热计算重新启动的传热计算, ,选择这

13、种方式是非常有用的选择这种方式是非常有用的. .lUse zero velocity fieldUse zero velocity field当在模型填充后凝固当在模型填充后凝固, ,选择选择此种方式是非常有用的此种方式是非常有用的. .注意注意: :如果选择了这两个方式，流体速度和压力是没有计算的如果选择了这两个方式，流体速度和压力是没有计算的. .如果选择如果选择Use zero velocity fieldUse zero velocity field方式方式 , ,就会忽略流体里的每就会忽略流体里的每单位质量功率源。单位质量功率源。FLOW SCIENCEHeat Transfer t

14、o VoidsHeat Transfer to Voids1717lHeat transfer to voidHeat transfer to void的区域只能在一的区域只能在一个流体，自由表面的问题上使用，即个流体，自由表面的问题上使用，即选择选择Global One fluid Global One fluid 和和 Global Global Free surface or sharp interfaceFree surface or sharp interface的选项的选项 。此外此外, ,如果需要考虑在固体组件和空洞如果需要考虑在固体组件和空洞之间的传热之间的传热, ,您要激活您

15、要激活Physics Heat Physics Heat transfer Fluid to solid heat transfertransfer Fluid to solid heat transfer选项选项 . .FLOW SCIENCEHeat Transfer to VoidsHeat Transfer to Voids1818空洞的温度空洞的温度3 3个传热类型个传热类型输入空洞的输入空洞的坐标位置坐标位置l注意：注意：空洞区域可用于冷空洞区域可用于冷却通道模式。却通道模式。空洞区域类型来定空洞区域类型来定义不同的液体充满通义不同的液体充满通道。道。按按ShShi ift ft键

16、键，同时按，同时按下鼠标左下鼠标左键键FLOW SCIENCEHeat Transfer to VoidsHeat Transfer to Voids1919组件和冷却通道之组件和冷却通道之间传热系数间传热系数FLOW SCIENCECooling ChannelsCooling Channels20FLOW SCIENCE离心铸造模型离心铸造模型 在离心铸造工艺，模具围绕一个固定的轴旋转，通常垂直或水平。在FLOW-3D最好的方法是使用非惯性参考模型来仿真这种过程。在这种方法中，坐标系统连接到模具，定义为随着时间变化的角速度表格方式的旋转（见Smooth Tabular Motion）。以后

17、计算网格与坐标系统是相关联的，网格还严格附和在模具和用它来旋转。21FLOW SCIENCE沉积物冲刷模型沉积物冲刷模型22l 冲刷模型假设冲刷模型假设 根据经验参数设定根据经验参数设定 冲刷率可根据实验结冲刷率可根据实验结果进行调整果进行调整l 悬浮沈积模型假设悬浮沈积模型假设 漂移漂移, 沈淀以及重新沈淀以及重新悬浮悬浮FLOW SCIENCESediment scour modelSediment scour model23平均粒子直径平均粒子直径粒子密度粒子密度临界护罩参数临界护罩参数冲刷侵蚀参数冲刷侵蚀参数-控制侵蚀率控制侵蚀率临界临界packing分数分数-在在packed状态下体

18、积分数状态下体积分数粘着的粘着的packing分数分数-vol.fract。在这些粒子相。在这些粒子相互作用互作用拖动因素拖动因素-提高不规则物体提高不规则物体不动角不动角-控制最大稳定的斜控制最大稳定的斜坡坡FLOW SCIENCEDensity evaluationDensity evaluationl 密度随温度变化密度随温度变化. .l BoussinesqBoussinesq近似值近似值- - 有效值为有效值为/ / 10% 10% = = o o1 - 1 - (T-T (T-T o o) ) 用户可以更改用户可以更改l 高效的替代解决方案可充分压缩高效的替代解决方案可充分压缩24

19、24HotHotwallwallColdColdwallwall流体面板的属性流体面板的属性FLOW SCIENCE密度变化模型密度变化模型l 密度不是一个材料属性的函数密度不是一个材料属性的函数是一个拥有自己的传输方程来平流输送数量是一个拥有自己的传输方程来平流输送数量必须提供初始条件，隐式的边界条件必须提供初始条件，隐式的边界条件2525泄漏的油槽泄漏的油槽-密度轮廓密度轮廓建议更准确的选项建议更准确的选项除非在初始条件输入除非在初始条件输入初始密度假定值初始密度假定值FLOW SCIENCE密度变化模型：范例密度变化模型：范例驱动重力流动驱动重力流动的静水压力的静水压力2626G Gz

20、z海底潜艇径（密度仅海底潜艇径（密度仅次于潜艇）次于潜艇）海底潜艇径干扰海底潜艇径干扰在潜艇追踪里盐度驱动流动模拟在潜艇追踪里盐度驱动流动模拟密度均匀的圆柱区域在初始选密度均匀的圆柱区域在初始选项卡上指定项卡上指定通过输入（即通过输入（即prepinprepin）文件设）文件设置指定密度的均匀梯度置指定密度的均匀梯度ifdis=7ifdis=7 in in “FL”“FL” namelist namelist = = a bza bz在时间为零附近在时间为零附近密度边界的密度密度边界的密度，并保持了从头，并保持了从头到尾的时间不变到尾的时间不变. .FLOW SCIENCEDrift-Flux

21、模型模型27l在体积分数它可用在体积分数它可用于分散阶段小滴接合于分散阶段小滴接合模型的线性和二次情模型的线性和二次情形到连续流体形到连续流体对变量的密度扩展，双流对变量的密度扩展，双流体流动和凝固模型体流动和凝固模型: :- -预测两相流动分离由于重预测两相流动分离由于重力力/ /或加速参照结构或加速参照结构- -油油/ /水水- -空气空气/ /尘埃，空气尘埃，空气/ /雪花雪花- -水水/ /沙沙- -液体液体/ /气泡气泡激活漂移流量模型前激活漂移流量模型前必须激活必须激活密度变化模型密度变化模型里里Solve transport equation for density的选项。的选项

22、。FLOW SCIENCEDrift-Flux模型模型28l流体的粘度和平均颗粒大小的函数流体的粘度和平均颗粒大小的函数: DFCOF =2 r2 9 流体的密度流体的密度r 是在分散组件平均粒是在分散组件平均粒 子大小子大小 动态粘度动态粘度FLOW SCIENCE二次漂移流量模型二次漂移流量模型29二次漂移流量模型二次漂移流量模型所需输入的参数如下所需输入的参数如下：1.Drag coefficient 2.Average particle radius3.Richardson-Zaki coefficient FLOW SCIENCEDrift-Flux Model: Separator

23、 Examplel 一个各一个各50石油和水的混合物从左侧进石油和水的混合物从左侧进入入l 激活漂移流量模型以及两个流体流动激活漂移流量模型以及两个流体流动l 分散阶段（油）因浮力上升，分离的两个分散阶段（油）因浮力上升，分离的两个组成部分组成部分30Oil / WatermixtureWaterWaterOilSeparation of 2 incompressible fluidsFLOW SCIENCE表面张力表面张力3131stationary wallstationary wallmovingmovingwebweb在属性树里在属性树里可重新输入可重新输入Example: slide

24、 coating Example: slide coating onto moving webonto moving webrefTTdTd0在墙壁在墙壁/ /组件里接触角组件里接触角控制的相互作用控制的相互作用NEW!NEW!允许较大允许较大的时间步长的时间步长FLOW SCIENCE紊流选项紊流选项3232必须设必须设置粘度置粘度值值推荐湍流模型推荐湍流模型3D3D模型，试图捕捉大旋涡结构，模型，试图捕捉大旋涡结构，给出了一些波动，流通信息，可给出了一些波动，流通信息，可能需要很长的能需要很长的CPUCPU计算时间计算时间用劣质单元的用劣质单元的aspect ratioaspect rat

25、io在在Z Z方向改变粘度的问题方向改变粘度的问题湍流的最大尺寸旋转最小单湍流的最大尺寸旋转最小单元尺寸推测的元尺寸推测的1010注意注意：湍流的初始条件和边界条件：湍流的初始条件和边界条件，也可以设置，否则，自动设置。，也可以设置，否则，自动设置。FLOW SCIENCE粘度模型粘度模型3333触变性粘度模型中使用的材料，其触变性粘度模型中使用的材料，其粘度是由时间来决定粘度是由时间来决定. .聚合物，非晶态合聚合物，非晶态合金，半固态金属。金，半固态金属。FLOW-3DFLOW-3D 其他模式下的其他模式下的粘度是流动特性的功能。粘度是流动特性的功能。牛顿粘度模型牛顿粘度模型FLOW SC

26、IENCE粘性加热模型粘性加热模型3434请注意，粘度请注意，粘度层流首先必须层流首先必须激活。这个选激活。这个选项还要激活传项还要激活传热选项热选项FLOW SCIENCE墙壁摩擦选项墙壁摩擦选项35350 0 and 0 and varying varying slipslip壁面剪切适用于所有组件表壁面剪切适用于所有组件表面和边界墙面和边界墙No-slip or partial slip:No-slip or partial slip:流速流速= =边边界固体速度界固体速度Free-slip:Free-slip:在流动越过固体表面在流动越过固体表面时时 , ,由于在边界墙上摩擦系数由于在

27、边界墙上摩擦系数受控制受控制在组件的表面，在在组件的表面，在OBSOBS输入输入文件的部分必须输入文件的部分必须输入OFRCOFOFRCOF的值的值FLOW SCIENCE非牛顿粘度选项非牛顿粘度选项3636合适的实验或分析数据来选择变量合适的实验或分析数据来选择变量。l基本构成方程使得许多共同粘度关基本构成方程使得许多共同粘度关系容易产生，如系容易产生，如CarreauCarreau，动力规律模，动力规律模型型l其他模型用户可以定制来实现其他模型用户可以定制来实现FLOW SCIENCEParticlesParticles3737两种类型两种类型1. 1.标记粒子运动的流体标记粒子运动的流体

28、2. 2.质量颗粒惯性质量颗粒惯性在注射成型标记颗粒显示焊缝在注射成型标记颗粒显示焊缝在光线里流动显示重质量粒子下沉在光线里流动显示重质量粒子下沉l质量粒子质量粒子: : 大小和密度均匀大小和密度均匀用可变密度来大小均匀用可变密度来大小均匀用可变大小来密度均匀用可变大小来密度均匀带电带电l粒子力：粒子力：在流体非线性阻力在流体非线性阻力压力压力重力重力电动力量电动力量l粒子粒子/ /流体相互作用流体相互作用：单向耦合单向耦合完全耦合完全耦合数额极限：颗粒没有数量数额极限：颗粒没有数量无粒子无粒子/ /粒子相互作用粒子相互作用FLOW SCIENCEParticle Particle 初始化初始

29、化l粒子在时间零只允许有粒子在时间零只允许有1 1块块l在一个特定的比率源在一个特定的比率源l允许多种来源允许多种来源l特别粒子特别粒子- -历史粒子历史粒子: :压力，速度，流体部分等产生压力，速度，流体部分等产生的历史情节的历史情节可标记或大规模颗粒可标记或大规模颗粒3838质量粒子初始化质量粒子初始化在时间为零是流体密集的区域在时间为零是流体密集的区域在容积源指定的速度产生在容积源指定的速度产生粒子标记粒子标记FLOW SCIENCEParticle SetupParticle Setup3939同固体相互作用：同固体相互作用：0 0 颗粒粘住颗粒粘住= 0 = 0 非弹性碰撞非弹性碰撞

30、= 1 = 1 弹性碰撞弹性碰撞在自由表面相互在自由表面相互作用如何控制粒作用如何控制粒子子粒子阻力的倍增系数粒子阻力的倍增系数增加增加粒子粒子粒子指定粒子指定的摘要的摘要FLOW SCIENCEParticle SourceParticle Source初始化初始化4040在每个种类将有大在每个种类将有大约相同的粒子数约相同的粒子数粒子大小范围粒子大小范围初始粒子速度（初始粒子速度（仅质量粒子）仅质量粒子）FLOW SCIENCEPorous MediaPorous Media模型模型4141多孔介质阻力模型雷诺数相关的多孔介质阻力模型雷诺数相关的模型：模型：KVVaVbdFFF112()R

31、e通过一个过滤器流动通过一个过滤器流动渗透多孔介质模型渗透多孔介质模型不渗透多孔介质模型不渗透多孔介质模型全球阻力参数全球阻力参数注意：在网格创建多孔材料注意：在网格创建多孔材料通过创建多孔组件。还可以通过创建多孔组件。还可以指定组件特定阻力参数。指定组件特定阻力参数。FLOW SCIENCE创建多孔组件创建多孔组件4242孔隙度特性孔隙度特性毛细管压力毛细管压力规格。表面积规格。表面积- -所需的传热所需的传热组件特定阻力系数组件特定阻力系数像往常一样添加成分像往常一样添加成分可以按此更改为多孔可以按此更改为多孔输入多孔输入多孔FLOW SCIENCE多孔毛细管压力障碍多孔毛细管压力障碍l毛

32、细管压力需要考虑到孔隙表面张力：毛细管压力需要考虑到孔隙表面张力：P Pcapcap = 4 s cos a / d = 4 s cos a / dl 该模型用于润湿和未润湿之间区域的尖锐该模型用于润湿和未润湿之间区域的尖锐界面界面. .l 毛细管压力是每个多孔障碍属毛细管压力是每个多孔障碍属: : 正压正压 润湿条件润湿条件 负压负压 - - 非润湿条件非润湿条件l 对于毛细管压力的情况下是一个浸透的功对于毛细管压力的情况下是一个浸透的功能，在多孔介质非浸透流动模型也可以使能，在多孔介质非浸透流动模型也可以使用。用。4343Ink droplet wicking into paperInk

33、droplet wicking into paperd da a在一个毛在一个毛孔里流体孔里流体FLOW SCIENCE一般移动对象一般移动对象(GMO)44l允许一个组件在整个区域移动允许一个组件在整个区域移动或旋转或旋转l运动可以规定，或与流体运动运动可以规定，或与流体运动耦合耦合规定运动规定运动耦合运动耦合运动选择选择FLOW SCIENCE一般移动物体一般移动物体(碰撞碰撞)45碰撞是无摩碰撞是无摩擦的擦的,因此在因此在摩擦系数输摩擦系数输入入0激活碰激活碰撞模型撞模型FLOW SCIENCE一般移动物体一般移动物体46l在在FLOW-3DFLOW-3D，一个，一个GMOGMO被列为几

34、何组成部分。用户可以定义多个被列为几何组成部分。用户可以定义多个GMOsGMOs的运动类型。与固定部分组成，一个是的运动类型。与固定部分组成，一个是GMOGMO可以组成若干子几何可以组成若干子几何。每个子可以通过二次功能和原始来定义，或。每个子可以通过二次功能和原始来定义，或STLSTL数据，可实体，孔或组数据，可实体，孔或组件。如果件。如果STLSTL文件的使用，因为文件的使用，因为GMOGMO几何是重新生成的每一个时间步长几何是重新生成的每一个时间步长的计算，用户应努力尽量减少三角方面来定义的计算，用户应努力尽量减少三角方面来定义GMOGMO，以实现更快的执行，以实现更快的执行的求解，同时

35、保持必要程度的几何决议。大规模性能，子对象可以拥有的求解，同时保持必要程度的几何决议。大规模性能，子对象可以拥有不同质量密度。不同质量密度。l为了确定运动的为了确定运动的GMOGMO和解释正确的计算结果，用户需要了解的体固定和解释正确的计算结果，用户需要了解的体固定参考系（参考系（body systembody system）所使用的模型。在）所使用的模型。在FLOW-3DFLOW-3D预处理，一个体系预处理，一个体系(x, (x, y, z)y, z)会自动设定为每个会自动设定为每个GMOGMO。最初的方向，其坐标轴（在。最初的方向，其坐标轴（在t = 0 t = 0 ）是相同）是相同的空间系的空间系(x, y, z)(x, y, z)。如果该运动有。如果该运动有6-DOF6-DOF，体系的原点是在，体系的原点是在GMOGMO的质量中的质量中心（耦合运动）心（耦合运动） ，或在一个参考点（规定运动），或在一个参考点（规定运动） ; ;否则，它是在不动点（否则，它是在不动点（固定点运动）固定点运动） ，或在一个点上的旋转轴（固定轴旋转），或在一个点上的旋转轴（固定轴旋转） 。l移动物体不能有孔隙。移动物体不能有孔隙。FLOW SCIENCE移动物体移动物体( (运动约束运动约束) )4747选择选择移动或移动或