结晶器或者连铸--流场-温度场-凝固--夹杂物计算说明
先說流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、凝固是不是應(yīng)該一起計(jì)算。
首先一般是要考慮凝固的，因?yàn)橛心膛鳉ず?#xff0c;對(duì)計(jì)算域內(nèi)的流動(dòng)是有一定的影響的。考慮凝固坯殼的形成重點(diǎn)是對(duì)凝固坯殼移動(dòng)的處理，因?yàn)槿绻豢紤]坯殼隨著拉速的移動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)坯殼靜止的冷卻過程，計(jì)算到最后是結(jié)晶器內(nèi)部鋼液完全凝固，而后面二冷區(qū)內(nèi)鋼液溫度仍然較高，這和實(shí)際情況是不同的。可以采用fluent中有pull velocity來設(shè)置凝固后的坯殼隨著拉速的移動(dòng)，要重點(diǎn)注意patch格式的理解，保證patch是有效且正確的。可以這么說，如果要計(jì)算溫度，就必須考慮坯殼，考慮坯殼的潛熱、凝固后被拉出計(jì)算域。如果只計(jì)算流場(chǎng)，可以忽略坯殼。所以，如果計(jì)算溫度的話，必須考慮坯殼的影響，并且這個(gè)過程必須用非穩(wěn)態(tài)來計(jì)算，不能用穩(wěn)態(tài)計(jì)算。而且從水口進(jìn)入的鋼水使得結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)很復(fù)雜，要求計(jì)算的時(shí)間步要很小，否則極易發(fā)散。并且，即使是在計(jì)算溫度場(chǎng)的時(shí)候關(guān)閉了流場(chǎng)，已經(jīng)存在的流場(chǎng)還是會(huì)對(duì)溫度場(chǎng)的計(jì)算造成影響的。所以計(jì)算過程是：
上述計(jì)算凝固/熔化的地方，都勾選include pull velociyt ，并且勾選計(jì)算 pull? velocity .次數(shù)的話我設(shè)置10.
這些過程可以結(jié)合對(duì)jou腳本文件的理解，寫成一個(gè)jou腳本文件，一次進(jìn)行所有的計(jì)算設(shè)置就可以了。在寫jou腳本文件之前，首先在fluent中，定義水口入口為速度入口的邊界條件，定義彎月面為速度入口的邊界條件，patch pull velocity，定義非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的時(shí)間步。定義好邊界條件后，調(diào)整為步驟1計(jì)算所需的模式，由于公司的高性能計(jì)算平臺(tái)不支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)算，因?yàn)闆]有辦法在完成一個(gè)計(jì)算步驟后，對(duì)cas文件進(jìn)行修改然后上傳計(jì)算下一步，因此要求在最開始的jou腳本文件中對(duì)穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)、邊界條件的切換和定義、時(shí)間步的調(diào)整進(jìn)行控制，具體可以參考jou文件。
具體過程如下：
如果是自己建立模型，和一般的數(shù)值模擬的過程是相同的。如果有CAD的二位圖紙，可以導(dǎo)入到ProE中，拉伸生成鑄坯三維，然后在畫水口就可以了，這樣的優(yōu)勢(shì)是可以保留彎曲和矯直的細(xì)節(jié)。
關(guān)于CAD怎么導(dǎo)入到ProE中，可以將CAD文件保存為dxf格式，然后打開ProE，在草繪模塊下---插入----數(shù)據(jù)來自文件----文件系統(tǒng)----找到位置。
在計(jì)算過程中，由于直接將凝固殼與連鑄坯流場(chǎng)耦合計(jì)算時(shí)即使將網(wǎng)格劃分較小，其結(jié)果仍然發(fā)散，因此在計(jì)算過程中首先對(duì)連鑄坯的凝固殼進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方式如下：首先假設(shè)鋼液從彎月面加入，在凝固殼的計(jì)算過程中，忽略從水口進(jìn)入的注流對(duì)凝固殼的影響。在計(jì)算過程中首先將流場(chǎng)加入到彎月面上，在初始化后凍結(jié)溫度場(chǎng)的計(jì)算，然后穩(wěn)態(tài)方式進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算。其具體設(shè)置見文件夾《流場(chǎng)從彎月面加入》。
從彎月面加入的流場(chǎng)速度為下式所示。
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式中，vmeniscus是彎月面處加入的流場(chǎng)速度；vc是連鑄機(jī)拉坯速度；Sc是連鑄坯斷面面積；Smeniscus是彎月面的面積。
在“鋼液從彎月面加入”這一步計(jì)算完成后，凍結(jié)流場(chǎng)計(jì)算，采用非穩(wěn)態(tài)方式計(jì)算凝固殼。時(shí)間步長可以設(shè)置0.1~0.2，一般以0.1為佳，計(jì)算步數(shù)一般采用下式進(jìn)行估計(jì)。具體設(shè)置見文件夾《凝固殼計(jì)算》。
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在計(jì)算完成后會(huì)得到如文件夾《凝固殼計(jì)算》中的結(jié)果
在得到穩(wěn)定的凝固殼以后，凍結(jié)溫度場(chǎng)計(jì)算，將流場(chǎng)加入到水口處，將彎月面的邊界條件設(shè)置為wall，然后采用穩(wěn)態(tài)的方式進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算。具體設(shè)置和結(jié)果見文件《夾雜物計(jì)算結(jié)果》。
在得到穩(wěn)定的流場(chǎng)后進(jìn)行夾雜物計(jì)算，在DPM模型的injection面中選擇group類型，可以控制粒子數(shù)量，便于后續(xù)的上浮率的統(tǒng)計(jì)，并且保證定義的粒子進(jìn)入?yún)^(qū)域在水口內(nèi)部。在計(jì)算過程中設(shè)置多個(gè)標(biāo)記面，標(biāo)記面的定義是在沿著鑄坯方向間隔一定的距離定義一個(gè)plane，要盡量保證plane是和垂直于拉坯方向的，記錄夾雜物在標(biāo)記面上的通過狀況。計(jì)算設(shè)置如圖1所示。計(jì)算結(jié)果見文件夾《夾雜物計(jì)算結(jié)果》。
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Injection面設(shè)置
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圖1 夾雜物計(jì)算示意
在夾雜物運(yùn)動(dòng)過程中，由于一些夾雜物會(huì)做回旋運(yùn)動(dòng)，因此在一些標(biāo)記面上標(biāo)記的夾雜物是重復(fù)的，因此需要將這些重復(fù)的夾雜物去除，其處理后的結(jié)果見文件夾《處理后標(biāo)記面上的結(jié)果》。
然后考慮夾雜物被凝固坯殼捕捉時(shí)凝固殼的固相分?jǐn)?shù)得到夾雜物被捕捉的溫度Ttrapped，然后去除溫度高于Ttrapped的夾雜物，說明當(dāng)時(shí)粒子經(jīng)過的區(qū)域?yàn)橐合?#xff0c;不能被捕獲，而溫度低的可以被捕獲，由于從fluent中輸出的是各個(gè)面的實(shí)際坐標(biāo)位置，并不能直接進(jìn)行疊加，需要首先進(jìn)行左邊的映射轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程通過幾何關(guān)系完成，然后將各個(gè)標(biāo)記面上的夾雜物整合到一起，這時(shí)可以采用origin進(jìn)行畫圖，也可采用文件夾《圖片處理》中matlab文件gang0進(jìn)行處理，即可得到夾雜物在連鑄坯內(nèi)的概率分布的等值線云圖。同時(shí)，如果為了顯示結(jié)果更加美觀，可以采用surfer進(jìn)行后處理。
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使用前需要先聯(lián)系CAE的張瑤，獲得賬號(hào)才可以計(jì)算。
網(wǎng)址：http://10.64.11.110:9016/servlet/ShowQueue?state=801
1、新建project，其中的billing選擇CAE
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2、其中solver中有多個(gè)軟件，fluent有MPI和SMP兩種并行模式，建議選SMP。由于fluent正版限制，CPU個(gè)數(shù)最多可以選擇8個(gè)，超過8個(gè)就會(huì)license error。
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3、上傳計(jì)算文件，保證計(jì)算cas和jou文件在一個(gè)文件夾中，并且壓縮成zip的壓縮包上傳。上傳后平臺(tái)自動(dòng)解壓，然后定義cas文件為M文件，定義jou文件為J文件。提交就可以計(jì)算。計(jì)算過程中可以點(diǎn)開log文件查看計(jì)算過程。
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/file/read-case??????????????????????????? 設(shè)置讀入case，或者mesh，可以自己錄制這個(gè)命令。
CC-steady.cas?????????? cas的名字
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/file/auto-save/data-frequency/500??????? 設(shè)置500次保存一次data，頁可以對(duì)cas保存進(jìn)行設(shè)置
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/solve/initialize/initialize-flow 初始化
/solve/patchfluid () y-pull-velocity? 0.01166?????????? 對(duì)PULL速度初始化，一定要有名字，這里是fluid
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/solve/iterate 3002????????? 穩(wěn)態(tài)方式計(jì)算3002次，
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/define/models/unsteady-1st-order? y ?????????????????? 改為非穩(wěn)態(tài)計(jì)算
/solve/set/equations/flow no?????????? 關(guān)閉流場(chǎng)
/solve/set/equations/ke no ??????????? 關(guān)閉流場(chǎng)
/solve/set/equations/temperature yes ????????????????? 開啟溫度場(chǎng)
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/solve/set/time-step 0.001?????????????? 時(shí)間步長0.001
/solve/dual-time-iterate
2000?????????????????? 計(jì)算2000個(gè)時(shí)間步
20????????????? 每個(gè)時(shí)間步內(nèi)最多20次計(jì)算
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/solve/set/time-step 0.005?????????????? 修改時(shí)間步長為0.005
/solve/dual-time-iterate???????????????????
20000
20
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/solve/set/time-step 0.01
/solve/dual-time-iterate
20000
20
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/solve/set/time-step 0.05
/solve/dual-time-iterate
20000
20
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/define/models/steady? y ?????????????? 在改回來，改成穩(wěn)態(tài)計(jì)算
/define/boundary-conditions/zone-type up wall 對(duì)邊界條件的修改，up是名字，wall是類型
/define/boundary-conditions/zone-type in velocity-inlet 把in改成速度入口
/define/boundary-conditions/velocity-inlet in no no yes yes no 1.869 no 0. no 1825. no no no yes 5. 1.修改類型后，對(duì)速度入口進(jìn)行定義，中間有很多空格，是固定的格式，可以在fluent中先用TUI模式錄下jou文件，然后根據(jù)需要去改正。
/solve/set/equations/flow yes????????????????? 開啟流場(chǎng)
/solve/set/equations/ke yes ????????? 開啟流場(chǎng)
/solve/set/equations/temperature no???????????? 關(guān)閉溫度
/solve/iterate 5000 ???????? 穩(wěn)態(tài)計(jì)算5000次
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/file/write-case-data???????????????? 這是最后了，保存cas和data
/file/confirm-overwrite no???????????????? 需要注意，問是否覆蓋，就覆蓋吧，
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!chmod +x cleanup*.sh????????????????????? 下面這幾行是固定的，不需要管。
!./cleanup*.sh???????????????????????????? 或者是因?yàn)楣臼欠?wù)器的原因才有的，刪除試試也行。可能個(gè)人PC就不用這幾句。
!rm -f cleanup*.sh
exit
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一般的計(jì)算多是平行的計(jì)算，通過改變某個(gè)量的值，觀察結(jié)果的變化，從而找到最優(yōu)的取值范圍，因此在后處理的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)很多重復(fù)的步驟，這樣可以通過錄制jou文件，對(duì)一系列的結(jié)果進(jìn)行處理，提高工作效率；同時(shí)，為了方便后處理的結(jié)果具有好的對(duì)比性，往往需要統(tǒng)一標(biāo)尺、放大比例等操作，這個(gè)過程也可以錄制到j(luò)ou文件中，可以保證后處理保存的圖片的一致性，方便對(duì)結(jié)果的分析。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的结晶器或者连铸--流场-温度场-凝固--夹杂物计算说明的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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