第21章凝固和熔化的建模24通过创建界面来显示预报数据

前 第二十一 凝固和熔化的建模（6.0版本 凝固和熔化模型的概要和局限 凝固/熔化模型的理 使用凝固和熔化模 第二十四章通过创建界面来显示和预报数 使用界 区域界 分割界 点界 直线和斜线平 平 二次曲 等值 剪切 变换表 分组、重命名和删除表 前本次翻译工作是由清洁能源技术的会员“过滤与分离者”于2004年11月，经过几个月的翻译整理，最终汇集成稿，当然由于作者水平有在翻译期间，得到“清洁能源技术”各位会员的大力支持，具体的翻211－8219－14241－7248－15页（后由vvvms代替完成2416－23页（后由xunbao代替完成2424－2929－34jackywzq、bitzhangjie、caohualisfsm编辑整理完成，本次工作还得到了“清洁能源技术”的brightsun、caoqx、gaojm等几位版（说明：第二十一章的前两节是依据FLUENT6.1版本翻译完成的，其余的章节是依据FLUENT6.0版本翻译完成的）第二十三 凝固和熔化的建模（6.0版本•••超过一定温度范围（例如二元合金）流体流动的问题。Insteadoftrackingtheliquid-solidfrontexplicitly，fluent用热函-多孔性。液固混合连续铸造加工过程的模型（例如拉伸固体材料脱离主体固体材料和表面之间的热量的接触抵抗模型（例如由于空气间隙的出现关于大量的凝固/熔化的后加工（例如液相和拖曳速度3enthalpy-porosity[274,275,276]技术被应用于fluent中的凝固和熔化处理过程中。在这项技术中，深化界面没有被很明显的。取而代之，大量其中并 参考流体分数，，被定义潜热内容可以查阅相关的材料的潜热性能表过程中，固相线和液相线被用来代替组分计算(23.2-5和23.2-6)。 焓(见23.2-密度求解温度的过程是本质的在反复求解能量方程(23.2-7)和流体组分方程好的收敛性。在fluent中通常用voller和swaminathan[277]来更新流体阻力。对于纯金属其中Tsolidus和Tliquidus是相等的，一个基于定比热的方Sink更能说明在固体区域出现糊状和凝固区。Sink项和动量方程的sink非常相似。（式23.2-Yi;sol= 是流体的的速度， 多孔性等于流体的分数的多孔介质。一个合适的sink项在动量方程中来说明固体之间的相对速度在动量损失项（23.2-8）中应用，而不是流体速velocity被用。替上边的那个。相关细节见23.3.2 at一个附加的传热阻力在liquidfraction小于1的外壁和单元之间。这个接触阻建立一个有关凝固/（注意：这个程序只包括凝固/熔化模型必须的步骤；你还需要像通常一样设定其他的参数，如边界条件）1、激活凝固/熔化模型，在SolidificationandMelting面板上激活 Solidification&Fluent会自动激活能量方程，所以不需要在激活凝固/熔化模型前2ParamentersMushyZoneConstant（21.2－6104－107之间的值。MushyZoneConstant3、如果想在方程里包含牵连速度（.4），ParametersIncludePullVelocities选项。4Fluent21.2.4部分介绍的那样使用指定的速度边界条件计算他们（21.2.8ComputePullVelocitiesFlowItionsPerPullVelocityItion。FlowItionsPerPullVelocityItion1度求解频率就会降低。液体部分的方程近似收敛的时候可以增大FlowItionsPerPullVelocityItion值。（也就是，液－固交接面的5、在Materials面板上，定义MeltingHeat（方程21.2－3中的LSolidusTemperature（21.2－3TsolidusLiquidus（21.2－3Tliquidus Boundary（21.2.5部分所述），WallThermalConditions下的ConditionMarangoniStress6.13.1。21.3.2部分中还有模拟连续浇铸的说明。查看21.3.3和21.3.4可以得到有关求解凝固/熔化模型和后处理结果的内容。.4所述，可以在凝固/熔化计算中引入牵连速度来模拟连续浇铸。在Fluent里有三种方法模拟连续浇铸：使用这种方法（缺省），ComputePullVelocities 21.2－8）ComputePullVelocities3、只使用Fluent计算牵连速度一次，然后在剩下的计算中使用那些数据。用这种方法，Fluent计算牵连速度完成一次迭代后，关闭ComputePullVelocities选项继续计算。Fluent将会使用在第一次迭代中的引入牵连速度计算在求解耦合流体流动和热传递问题之前，应该patch一个初始温度或者求而，因为这些问题非线性特点，在多数问题里推荐使用非稳态方法。在SolutionControlsunder-relaxationfactor。SolveControlsUnder-RelaxationFactorsLiquidFractionUpdate要的数值。这个数值为下面的方程设定值，下面的方程用于在更新从某一n1n 这里的是液体体积的预变量。在许多问题里没有必要改变而，如果收敛，减小这个数值可能有利于求解收敛。收敛可能出现在对于凝固/熔化计算，可以给下面的几个选项作图或者得到相关数据表。这些操作可以在后处理面板上的下拉菜单中的Solidification/Melting实现。Contact前两项对所有的凝固/熔化问题都适用，其他的只有引入牵连速度(计算或定义)的时候才会出现。要获得详尽的场函数和有关它们定义的说明请参见27章。25章和26章解释了如何为数据作图，作表。注：mushyzone――pullvelocity――FLUENT允许用户通过选择区域中的一部分来对流场进行观察。我们把这XY曲线，所XY曲线，你仍然需要创建一个界面。另外，不管是二维还是三维问题，如会在区域内的边界处自动生成界面，有关界面信息被在case文件中。24.4••24.724.824.924.1024.11XY曲线，你必须在计算域中制定将要显示的数据是哪一部分（即界面）上的FLUENT提供几种不同的方法来创建界面，并将它们到case文Surfaces（cell/zone点界面（PointSurfaces：你可以通过创建只包含一个点的界面来监测计LineandRakeSurfaces：为了产生并显示轨迹线（pathline）,你需要指定一个界面，在该界面上颗粒被释放。Lineandrakesurface很适合用于这种情况以及获取数据用来和风道中的数据进行对比。Rakesurface中包含两定点间指定的等间距的一些点。Linesurface是一条一条包含指定端点及其在计算域中延平面界面（neSurfaces：如果你想显示计算域内一指定平面上的流场二次曲面（QuadricSurfaces：为了显示线（2D、面（3D、圆（2D、（Isosurfacesx、y、z坐标的等值界面将会在计算x、y、z坐标轴的截面。基于压力的等值界面可以在该等压面区域界面（Zone创建区域边界时你要用到区域边界面板（ZoneSurfacepanel）（24.2.1 Figure24.2.1:TheZoneSurface2NewSurfaceName中输入新的名字。默认的名字将界面形式和新界面的ID顺次连接起来（例如，zone-surface-6如果你想要删除或对界面进行其它操作，单击Manage…来打开FLUENT进行并行计算（28章，你会发现创建由网格边28.4节中所讲到的，当你使用并行计算进（groupsofcells。分割界面包含了用来划分的网格边界的表面或者单元（facesorcells。例如，你可以通过在分割界面上绘出要计算的变量来决定分24.3.1是在一个位于网格之上的分割界Figure24.3.1:ContoursofCellPartitionsonPartitionSurfaceOverlaidon Figure24.3.2:ThePartitionSurface1、Partitions标题下两个进行分割的边界来指定你感的分割边界。来定义分割界面的边界是介于内分割界面（interiorpartition）和外分割界面（exteriorpartition）之间的边界。IntPart表示内分割界面的ID，ExtPart表示外分割界面的ID。Min和Max代表网格物的最小和最大的ID格物，每一个内分割界面将与几个外分割界面共享边界。通过对IntPart和ExtPart设定合适的值，你就能为这样的边界创建界面。cells中Cells和Interior。要想创建有外侧单元组成的界面，选中Cells并关掉InteriorCells选项。当需要使用面（faces）Interior选项，如果要反3NewSurfacesName下输入新的ID数连起来组成的（例如，partition-surface-6（如果你输入的名字与已存在的一个界面重名，FLUENT将自动在界面创建时为其指定默认的名字。）如果你想删除或对界面进行其它操作，单击Manage…键来打开你可能对主计算区域的一个点的显示结果感.例如,你想监视一个特殊位置的一些变量值或者函数值.为了得到这样的结果,你首先必须创建一个由单一的点组成的面上的点.当你显示一个面上点的节点值的时候,所显示的值将是与这个点相邻节点的线性平均值.如果你显示一个单元值的数据,这个点所在的单元值将会被显示.创建面上的点的步骤如下有三种不同的方式指定点的位置系统所确定的点).参阅24.1关于使用点工具的信息.如果你不想使用默认给表面指定的名字,在NewSurfaceName下输入新的名字.ID数的串连符号.(e.gpoint-5).(如果INID的名字一样,FLUENT将点工具允许你交互式定义一个使用图形上的点.从初始点开始,你可以移动经过,你可以在你所希望点位置的附近开始(例如,在处)知道把它移动到者使用用鼠标选择点按钮.通常情况下,显示要确定点上或者附近面或者孤你指定了恰当的坐标系统同过点击点工具选项激活.点工具,一个八面体,将出现在图形窗口,如图所示24.4.2.你可以按照下面描述的移动点工具.你所创25.3部分)点击点工具灰处的任何地方拖动鼠标,知道移动沿着横向方向,(例如,沿着其他轴线中的任何一个轴)按住(shift)键,在点的灰色的任意部分点击鼠标键,拖动鼠标,直到到达你想要的位置.两个可能的绿色箭头将会指示可移动的方向.(2维中,只会有一个绿色箭头,因为只有一个可能移动的方向.)如果在移动的过程中你发现也在移动,你可以关闭图形参数面板(从观察面板打开),如图25.4.2所描述.如果你失去了点,或者由于别的愿意你想重新设置,你可以点击Reset按钮返回点的默认置并重新开始,或者你可以关闭点按上述描述的为了释放粒子,你可以在主控制区创建直线或者斜线表面,从获得的粒子中你可以与隧道数据做比较.斜线是有一个些指定的数据点组成的,这些数据点在两个终点之间以相等的距离开的.直线就是简单的直线,包括指定的终点,通过主区向外延伸;数据点位于单元面交叉线处,因此,可能不是等距离的.创建直线或者斜线表面的步骤如下Type下拉菜单中,通过选择恰当的项目表明是要创建一个直线表面还如果你要创建一个斜线表面,在两个终点之间,等间隔的指定点的数量指定直线表面或者斜线表面的位置.以下有三种不同的方法定义位置在坐标系统中输入点的初始坐标,在终点下输入最后一个点的坐标点击,selectpointwithmouse按钮,然后在图形窗口通过用鼠标点击按钮来选择终点.(关于设定鼠标按钮功能的信息参与25.3部分)使用线按钮,在图形窗叉确定一条直线.有可以用以上所描述的确定终点的两种方法之一来确定这条直线的初始位置(或者你可以从默认终点位置开始)关于使用线参阅24.5.1部分.如果你不想使用系统默认给表面的名字,newsurfacename中输入一个新的名字.默认的名字是表面的类型和新表面ID数的串连符号.(e.gpoint-5orrake-6).(INID的名字一样,FLUENT将会自动的分配一个默认的名字给这个创建的表面.)表,或者你想删除或者对任何表妙操作,Manage…Surfaces面板.详细信息参阅24.11部分.线工具允许你交互式定义一个使用图形上的直线或者斜线.从初始点开始,你可以移动,旋转,调整一条直线,直到直线的位置,方向,和长度达到你所希望的.例如,你要确定一个管道内的斜线表面,你可以在你所希望点位置的附近开始(例如,在处)移动,旋转,调整线,直到你满意为止(你可能会发现,显示面的网格对于确定线工具正确的位于主区域里面是非常有帮助的.)在你打开线工具选项之前,设定适合终点值的坐标系.你可以手动输入值,或者使用用鼠标选择点按钮.通常情况下,显示要确定直线或者斜线表面上或者附近面或者孤立面的网格是很方便的,然在网格上定一个点为线工具的初始位置.一旦你指定了恰当的坐标系统通过点击线工具选项激活.线工具,将出现在图形窗口,24.5.2.你可以按照一下描述的移动,旋转或者调整直线标功能键参阅25.3部分)点击直线的工具的,拖动鼠标,直到达到不要点击线在终点有箭头的.这些轴线控制旋转工具.点击那些仅仅是代为了在横向移动(例如,沿着与红轴线正交的表面),按住<shift>键,在工具栏的任意部分用鼠标点击线(看上面的说明),拖动鼠标直到到达你想要的位置.两个绿色箭头将会指示可能达到的地方.(2D图中,只有一个绿色箭头,因为只有一个其他的可能移动的方向)如果在你执行操作的时候发现移动,以可以关闭图形参数面板(从视图面板打开),25.4.2部分描述.一条.当你点击这些轴线中的一条时,一个绿色带将会环绕其他的带箭头的直线被指定为旋转轴.随着你沿着圆环旋转拖动,绿色圆环将会变成黄色!旋转线时不要点击红色轴线.调整线如果你要产生一个斜表面,你可以调整线来定义斜线的长度.点击终点带有白色举行直线中的一条(如图24.5.2中黑色部分所示)拖动鼠标伸长或者缩短.绿色箭头将会表示身长或者缩短的方向.如果你失去了线,或者由于别的原因你想重新设置,你可以点击Reset按钮返回点的默认置并重新开始,或者你可以关闭点按上述描述的方法重新控制.在默认的的情况下,线位于沿着x和y长度方向的主区域的中点,横跨z区域延伸.要显示区域中一个特定平面的流场数据,你将用到平面.你可以在三维体中沿着任意平面截取求解域而得到一个面;这个特征在二维体中是不存在的.你可以生成六种类型的平面包含无限面的区域的交集:这是缺省生成的平面.平面的范围由区域的范围决定.由于平面受到区域的限制,缺省情况下,数据点取平面和网格面相交的地方,因此这些点不一定是等间隔的.边界面:这种面形成一个有界的平行六面体,433点(4个角就是”面工具”的角).带等间隔数据点的边界面:这种面和上面介绍的边界面一样,除了你可以指定平行六面体两个方向上的点密度,生成统一的数据点分布.与已知平面平行的面:要生成这种面必须先定义一个点和一个平面.这与图像显示窗口平行的面:要生成这种面必须先定义一个点.这样将生 neSurface面板(图 图 neSurface面生成平面的步骤如下交集区域),2步.要生成一个边界面,OptionsBounded.要生成一个数据点等间隔的边界面,BoundedSamplePoints,然后设SampleDensity下的数据点数目.Edge1Edge2输入适当值,以指定沿每个方向的点密度.(Edge101点,edge212.要定义与已知平面平行的平面,AlignedWithSurface,要定义与显示面平行的平面,AlignedWithViewne,步所述的前两种方法的一种选择一点要定义方向矢量确定且通过指定点的面,PointAndNormal,然后通过在Normalix,iy,iz方向的分量值来指定法向矢量,2步所述的指定平面的位置.有三种不同的方法SelectPoints按钮然后在激活的图形窗口中用鼠标的查看键(缺省是右键)点击位置来选择三点(详见25.3关于设置鼠标键函数). neTool选项交互式的在图形窗口定位平面.你可以用以上两种方法之一指定限定点(或者用缺省点位置)来设置平面的初始位置.详见 注意:当你用第二或第三种方法时点的坐标会自动更新如果你不想用缺省名字命名生成面,NewSurfaceName下输入新名字.缺省名是由面的类型和表示新面的标识符的整数串连起来的(例如ne-7).(NewSurfaceName和已经存在的面的名字一样,FLUENT面,点击Manage…按钮打开Surfacespanel.详见24.11部分.24.6.1neToolneTool可以让你用图形交互式地调整面的定义.对一个初始平面,你可在一根不规则的弯管中定位一个横截面,你可以从想要的位置附近开始,调整它网格面对保证netool能在流域内准确定位很有帮助.) ne在打开neTool选项之前,Point设置合适的初始值.你可以手动输入,或用SelectPoints按钮.通常显示或类似想要平面的等值面的网格,然后在该网格上选择三点定位初始面很方便.一旦你指定了合适的点,将通过打开neTool选项激活某种工具 neTool会出现在图形窗口,如图24.6.2所示图24.6.2Thenetool标查看键(缺省为右键—25.3部分关于改变鼠标函数),然后拖拽鼠标直到工具要向相反的方向平移工具(比如沿着平面中任一轴向),按住<shift>键,在平面工具的灰色部分任何地方点鼠标查看键,然后拖拽鼠标直到工具到达想要的位置.两组绿色箭头将显示可能的运动方向.如果你在执行这种平移时发现比例转移,你CameraParmeters面板中消除(ies面板打开),25.4.2所述.要旋转平面工具,你要在平面轴向端部的某个白色箭头处点击鼠标查看键.点击任一箭头允许你以其他两轴线的任一轴线旋转该平面工具:当你点击箭头时,将出现两绿色长条带绕平面工具一周,形成绕两轴线旋转的圆.可以沿得到的圆拖动鼠标来使该工具旋转.这样做之后工具绕着旋转的圆将变成黄色.当你旋转平面工具时有以意事项．一旦你沿某圆移动鼠标后,你将不能改变旋转方向,除非你松开鼠标查看键并重来.为了选对方向请稳妥的移动鼠标.旋转请不要点击红色箭头如果你想生成一个边界面,你可以调整平面工具大小来限定平面的边界.对!注意调整工具大小的同时不能拖动鼠标经过任何轴线.否则会使该工具翻转而被破坏.如果你不这样做了,重启平面工具重新开始.如果你运用平面工具失败,或者因某种原因想回复它,你可以点击ResetPoints按钮来使平面工具返回到缺省位置重新开始,也可以关掉该工具,如上所述重新初始化.平面工具的缺省位置是y,z区域经过所求区域x长度方向的的数据,你可以通过输入它的二次曲面函数的系数来指定该面.这个特点使你可以直接定义二次曲面.生成线和面的其他方法请见24.524.6部分.24.7.1二次曲面的生成步骤如下定义你想生成的二次曲面类型.若是三维,在Type（类型）下拉菜单中选择ne(平面),Sphere(球面),或普通)Quadric(二次曲面).若是二维,选择Line(线)Circle(圆),Quadric(二次曲线在国际单位制下指定曲面的方程 么该面就是由满足方 的在所求内的所有点所组成.你可以在Type（类型）下拉菜单右边的区域输入ix(x方向分量),iy(y方向分量),iz(z方向分量),和distance(线或面偏离原始位置的距离).QuadricFunctionUpdate按钮时,二次曲．圆面或球面:Circle圆面(二维)Sphere球面(三维)作为面的类型,那么该面就是由满足方程的在所求域内的所有点所组成.Type（类型）x0,y0,z0(x,y,z坐标)r2(球面半径).QuadricFunction下的Update按钮时,二次曲面的方程系数将显示为你所输入的值. 二次曲面:Quadric作为面的类型, 接在QuadricFunction的输入框中输入二次曲面函数Q的系数(x,, ,xy,yz,zx,x,y,z和常数项的系数),Type（类型）如果你不想用为生成面指定的缺省名,NewSurfaceName下输入新名字.缺省名是由面的类型和表示新面的标识符的整数串连起来的(例如,sphere-slice-7orquadric-slice-10).(如果你输入的NewSurfaceName和已经存在的面的名字一样,FLUENT将自动为新生成的面指定缺省Manage…Surfacespanel.24.11部分.x,y,z坐标上建立一个等值面将能够得到相应坐标提示：必须要在求解初始化并执行计算或在dat文件之后才能创建等Surface−Iso-Figure24.8.1:TheIso-Surface控件SurfaceofConstant的下拉菜单中选择用于建立等值面的标准变量。中选择相关量。（27章）如果要在现有的面上创建一个等值面（也就是说，以x，y，温度，压力等为常量创建的等值面将只能是原有面的子集mSfe择已有的面。如果不从列表中选择面，将以整个求解区域为边界创建该等值面。Compute按钮计算求解区域或者所选面（FromSurface列表）对应标量的最小和最大值。并在Min和Max对应框中显示最小和最大使用鼠标拖动滑移块进行交互式的等值设置。在Iso-Values中的显示使用键盘在ISO-Value中直接输入等值来建立等值面。要在一个面上对于新创建的等值面如果不使用默认的名称，可以在NewSurfaceName框中输入一个新的名称。默认的名称是所创建的面的类型和这个新面的ID号的组合例如z-coordinate-6)（如果创建一个新面时在NewSurfaceName中输入的名称已经存在，FLUENT将使用默认的名称作为该面的名称）CreateFromSurface列表中。如果要对任意的面进行删除或者其他的操作，可以通过在点击Manage...24.9.10x可以仅仅显示

Figure24.9.2:TheIso-ClipClipToValuesOf的下拉菜单中选择剪切变量。首先，在第一个项中27章）点击Compute按钮计算在所选面上对应变量的最小和最大值，并且将在Min和Max中显示。通过使用鼠标左键拨动转盘的指针进行交互式的剪切范围上下限的设置（转盘各自设置最小和最大值，相应的值将自动实时的显示。这种方法也将在图形显示窗口中创建一个临时的面，通过这种办法可以在创建剪切面之前预览该面。！即使可以显示这个剪切面，那也只是一个临时的面。只有在确定了剪Clip按钮后才能创建这个新的剪切面。对于新创建的剪切面，如果不使用默认的名称可以在NewNameID的组合(例如,clip-density-8)（NewSurfaceName中输入的名称已经存在，FLUENT将使用默认的名称作为该面的名称）（而原面将保持不变如果要对任意的面进行删除或者其他的操作，可以通过在点击(Transforming创建新的数据表面还可以通过旋转(Roating)或移动(Translating)现有的数据表面来实现。例如，你可以通过将复杂透平机械的一个叶片的表面旋转，以获得叶片间区域的数据。你还可以选择在距离现有数据表面一固定标准距离(normaldistance)处创建一新的数据表面。(TransformSurface)面板（24.10.1。表面(Surface)➔变换(Transform)…24.10.11、变换表面(TransformSurface)2、按如下说明，设置合适的变换参数。用户可以在表面上进行移动(translation)，旋转(rotating)，等距(isodistancing)等操作，还可以旋转：要进行旋转操作，首先需要指定旋转的原点以及表面需要被旋转的角度。3，旋转将相对于