FLUENT铸造凝固模拟

本教程演示了铸造凝固过程中的流体流动和传热问题的设置和求解。

1 启动FLUENT并导入网格

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令，启动FLUENT 19.2。

（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择2D，在Option中选择Double Precision，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

（3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择文件名为solid.msh的网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

（4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

（5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

2 定义求解器

（1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在2DSpace中选择Axisymmetric Swirl。

勾选Gravity，在X方向上填入-9.81。

（2）在模型设定面板双击Solidification & Melting按钮，弹出Solidification and Melting（凝固与熔化模型）对话框，勾选Solidification and Melting，勾选Include Pull Velocities，单击OK按钮确认。

3 设置材料

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit按钮，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。在Name中填入liquid-metal，Density选择polynomial，在弹出的Polynomial Profile对话框中，Coefficients填入2，Coefficients中依次填入8000和-0.1，单击OK按钮确认关闭Polynomial Profile对话框。

在Create/Edit Materials（材料）对话框中，Cp 填入680，Thermal Conductivity填入30，Viscosity填入0.00553，Pure Solvent Melting Heat填入100000，Solidus Temperature填入1150，Liquidus Temperature填入1150，单击Change/Create按钮完成物质的设定。

4 边界条件

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions按钮启动的计算域设置面板。

（2）在计算域设置面板中，双击fluid弹出fluid设置对话框。在Material Name中选择liquid-metal，单击OK按钮确认退出。

（3）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动边界条件设置面板。

（4）在边界条件面板中，双击inlet弹出边界条件设置对话框。在Velocity Magnitude中填入0.00101。

在Thermal选项卡中，Temperature中输入1300，单击OK按钮确认退出。

（5）在边界条件面板中，双击outlet弹出边界条件设置对话框。在Velocity Specification Method中选择Components，Axial-Velocity中填入0.001，Swirl Angular Velocity中填入1。

在Thermal选项卡中，Temperature中输入500，单击OK按钮确认退出。

（6）在边界条件面板中，双击bottom-wall弹出边界条件设置对话框。在Thermal选项卡中，Thermal Conditions选择Temperature，Temperature中输入1300，单击OK按钮确认退出。

（7）在边界条件面板中，双击free-surface弹出边界条件设置对话框。在Shear Condition中选择Marangoni Stress，Surface Tension Gradient填入-0.00036。

在Thermal选项卡中，Thermal Conditions选择Convection，Heat Transfer Coefficient中输入100，Free Stream Temperature中输入1500，单击OK按钮确认退出。

（8）在边界条件面板中，双击side-wall弹出边界条件设置对话框。在Thermal选项卡中，Thermal Conditions选择Temperature，Temperature中输入1400，单击OK按钮确认退出。

（9）在边界条件面板中，双击solid-wall弹出边界条件设置对话框。在Wall Motion中选择Moving Wall，在Motion中，选择Rotational，Speed填入1.0。

在Thermal选项卡中，Thermal Conditions选择Temperature，Temperature中输入500，单击OK按钮确认退出。

5 求解控制

（1）单击主菜单中Solving→Solution→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。在Scheme中选择Coupled，在Pressure中选择PRESTO!，勾选Pseudo Transient。

（2）单击主菜单中Solving→Controls→Controls按钮，弹出Solution Controls（松弛因子控制）面板。单击Equations按钮，弹出Equations（方程）对话框，取消选择Flow 和Swirl Velocity，单击OK按钮确认。

（3）单击主菜单中Solving→Reports→Residuals按钮，弹出Residuals Monitors（残差监视）面板，在Options中选择Plot，单击OK按钮确认退出。

6 初始条件

（1）单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid，单击Initialize按钮进行初始化。

（2）单击主菜单中User Defined→Field Functions→Custom按钮，弹出Custom Field Function Calculator对话框。在Field Functions中选择Mesh和Radial Coordinate，单击Select按钮，在分别单击乘号和数字1，New Function Name.中填入omegar，单击Define按钮确认。