融化与凝固建模

凝固导致的流体阻力

融化与凝固模型仅模拟相变对能量方程的影响；它不会修改动量方程。 需要其他模型才能考虑从液态到固态的材料属性更改。

根据相对固体分数的值（指定液体的凝固程度），有三个可选模型可用：

• 浆料粘度模型

  对于低固体分数值，混合物被视为浆料，固体颗粒几乎悬浮在熔体中，彼此之间没有相互作用。 它们对流体的影响通常建模为与相对固体分数相关的粘度。

  实现 Metzner 方法后可将粘度（浆料粘度）最高增加到临界固体分数（约为 0.3）（请参见 Eqn. (2713)），这样无需太多互动便可对随流体流动的凝固颗粒建模。 但是，使用大于两个数量级的粘度范围可能造成不稳定。

• 两相区渗透率模型

  当固相体积分数增大时，等轴颗粒增长，开始凝聚并形成枝晶区域。 枝晶还从冷却固体表面或凝固前沿生长到熔体中。 枝晶渗透的部分凝固固定区域称为“两相区”。 与各向同性多孔介质类似，可以使用 Carman-Kozeny 两相区渗透率方法（请参见 Eqn. (2717)）对两相区中的流体阻力建模。 此模型用于高于指定临界固体分数（约为 0.3）的相对固相体积分数。

• 流体停止功能

  要完全停止正在凝固的流体，可以使用流体停止功能。 当高于指定的流体停止固体分数（约为 0.4 到 1）时，激活融化-凝固流体停止模型。 浆料粘度和两相区渗透率模型添加到移动流体的阻力取决于流体速度。 当速度为零时，这两种模型的影响也为零。 当存在压力梯度或体积力（如重力）时，蠕流的发展独立于浆料粘度或两相区渗透率的幅值。

流体阻力模型的适用性

浆料粘度模型和两相区渗透率模型仅影响部分凝固液体的流体属性。 仅当模拟非纯物质（如合金）时，才需要这些模型。 例如，当模拟冰在固定容器中的融化时不需要它们。

如果模拟纯物质的融化与凝固过程，则仅使用融化与凝固模型。 纯物质不会发生部分凝固。 要防止蠕流，还可以激活流体停止功能。

当模拟非纯物质的融化与凝固时，使用下表来确定要应用的流体阻力模型。