先說流場、溫度場、凝固是不是應該一起計算。

首先一般是要考慮凝固的，因為有凝固坯殼后，對計算域內的流動是有一定的影響的。考慮凝固坯殼的形成重點是對凝固坯殼移動的處理，因為如果不考慮坯殼隨著拉速的移動，就會出現坯殼靜止的冷卻過程，計算到最后是結晶器內部鋼液完全凝固，而后面二冷區內鋼液溫度仍然較高，這和實際情況是不同的。可以采用fluent中有pull velocity來設置凝固后的坯殼隨著拉速的移動，要重點注意patch格式的理解，保證patch是有效且正確的。可以這么說，如果要計算溫度，就必須考慮坯殼，考慮坯殼的潛熱、凝固后被拉出計算域。如果只計算流場，可以忽略坯殼。所以，如果計算溫度的話，必須考慮坯殼的影響，并且這個過程必須用非穩態來計算，不能用穩態計算。而且從水口進入的鋼水使得結晶器內的流動很復雜，要求計算的時間步要很小，否則極易發散。并且，即使是在計算溫度場的時候關閉了流場，已經存在的流場還是會對溫度場的計算造成影響的。所以計算過程是：

計算鋼液不是從水口進入，而是從彎月面進入，得到一個比較穩定的流場，這個的目的主要是為了后面溫度計算時時間步可以大一點；這個用穩態計算。

流場收斂后，關閉流場，開啟溫度場，開啟凝固融化模型，要記得給pull velocity，其方向是根據坐標軸確定正負，而不是根據進入/流出計算取。很重要，如果是直的結晶器直接就是和出口一樣的方向，如果是弧形或者整個鑄坯，就在最后鑄坯拉出的方向上給patch 一個pull velocity。其他表面還是靜止的wall，不用設置移動。這個用非穩態計算，很重要。總的時間是根據拉速和鑄坯長度估計。

溫度場、坯殼計算好后。關凝固/熔化模型，在開啟從水口進入的流動，計算有坯殼的流場，用穩態計算。到此就完成了流場和溫度場的計算。在模型 models中關閉solid ./熔化 模型，只在solution control中關閉 能量方程是不行的，不收斂的。

但是有個問題，就是水口對流場的影響，流場又對溫度場有影響，在上面的計算中沒有體現，因為在3中并沒有同時計算流場和溫度場，只是在溫度場計算后獲得的坯殼的基礎上計算了流場，沒有考慮注流向兩側坯殼的沖擊，導致兩側溫度升高，坯殼減薄，因此這種計算方法得到的坯殼厚度是從彎月面向下逐漸增厚，并沒有出現沖擊區域的坯殼減薄。解決方法是在最后同時開啟流場、溫度場、用非穩態計算進行耦合，記得pull? velocity，研究水口對流場、溫度場的影響，這一步的時間步一定要很小，否則不收斂。。

上述計算凝固/熔化的地方，都勾選include pull velociyt ，并且勾選計算 pull? velocity .次數的話我設置10.

這些過程可以結合對jou腳本文件的理解，寫成一個jou腳本文件，一次進行所有的計算設置就可以了。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，定義非穩態計算的時間步。定義好邊界條件后，調整為步驟1計算所需的模式，由于公司的高性能計算平臺不支持斷點續算，因為沒有辦法在完成一個計算步驟后，對cas文件進行修改然后上傳計算下一步，因此要求在最開始的jou腳本文件中對穩態/非穩態、邊界條件的切換和定義、時間步的調整進行控制，具體可以參考jou文件。

具體過程如下：

造型與網格劃分

如果是自己建立模型，和一般的數值模擬的過程是相同的。如果有CAD的二位圖紙，可以導入到ProE中，拉伸生成鑄坯三維，然后在畫水口就可以了，這樣的優勢是可以保留彎曲和矯直的細節。

關于CAD怎么導入到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----數據來自文件----文件系統----找到位置。

簡化流場的計算

在計算過程中，由于直接將凝固殼與連鑄坯流場耦合計算時即使將網格劃分較小，其結果仍然發散，因此在計算過程中首先對連鑄坯的凝固殼進行計算，計算方式如下：首先假設鋼液從彎月面加入，在凝固殼的計算過程中，忽略從水口進入的注流對凝固殼的影響。在計算過程中首先將流場加入到彎月面上，在初始化后凍結溫度場的計算，然后穩態方式進行流場計算。其具體設置見文件夾《流場從彎月面加入》。

從彎月面加入的流場速度為下式所示。

?

1

式中，vmeniscus是彎月面處加入的流場速度；vc是連鑄機拉坯速度；Sc是連鑄坯斷面面積；Smeniscus是彎月面的面積。

簡化凝固殼的計算

在“鋼液從彎月面加入”這一步計算完成后，凍結流場計算，采用非穩態方式計算凝固殼。時間步長可以設置0.1~0.2，一般以0.1為佳，計算步數一般采用下式進行估計。具體設置見文件夾《凝固殼計算》。

?

?

?

在計算完成后會得到如文件夾《凝固殼計算》中的結果

準真實流場的計算

在得到穩定的凝固殼以后，凍結溫度場計算，將流場加入到水口處，將彎月面的邊界條件設置為wall，然后采用穩態的方式進行流場計算。具體設置和結果見文件《夾雜物計算結果》。

夾雜物計算

在得到穩定的流場后進行夾雜物計算，在DPM模型的injection面中選擇group類型，可以控制粒子數量，便于后續的上浮率的統計，并且保證定義的粒子進入區域在水口內部。在計算過程中設置多個標記面，標記面的定義是在沿著鑄坯方向間隔一定的距離定義一個plane，要盡量保證plane是和垂直于拉坯方向的，記錄夾雜物在標記面上的通過狀況。計算設置如圖1所示。計算結果見文件夾《夾雜物計算結果》。

轉存失敗重新上傳取消

Injection面設置

轉存失敗重新上傳取消

圖1 夾雜物計算示意

夾雜物處理說明

在夾雜物運動過程中，由于一些夾雜物會做回旋運動，因此在一些標記面上標記的夾雜物是重復的，因此需要將這些重復的夾雜物去除，其處理后的結果見文件夾《處理后標記面上的結果》。

然后考慮夾雜物被凝固坯殼捕捉時凝固殼的固相分數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，說明當時粒子經過的區域為液相，不能被捕獲，而溫度低的可以被捕獲，由于從fluent中輸出的是各個面的實際坐標位置，并不能直接進行疊加，需要首先進行左邊的映射轉換，這個過程通過幾何關系完成，然后將各個標記面上的夾雜物整合到一起，這時可以采用origin進行畫圖，也可采用文件夾《圖片處理》中matlab文件gang0進行處理，即可得到夾雜物在連鑄坯內的概率分布的等值線云圖。同時，如果為了顯示結果更加美觀，可以采用surfer進行后處理。

?

?

?

?

?

公司高性能平臺使用說明

使用前需要先聯系CAE的張瑤，獲得賬號才可以計算。

網址：http://10.64.11.110:9016/servlet/ShowQueue?state=801

1、新建project，其中的billing選擇CAE

轉存失敗重新上傳取消

2、其中solver中有多個軟件，fluent有MPI和SMP兩種并行模式，建議選SMP。由于fluent正版限制，CPU個數最多可以選擇8個，超過8個就會license error。

轉存失敗重新上傳取消

3、上傳計算文件，保證計算cas和jou文件在一個文件夾中，并且壓縮成zip的壓縮包上傳。上傳后平臺自動解壓，然后定義cas文件為M文件，定義jou文件為J文件。提交就可以計算。計算過程中可以點開log文件查看計算過程。

轉存失敗重新上傳取消

?

?

?

?

高性能平臺計算用jou文件

?

/file/read-case??????????????????????????? 設置讀入case，或者mesh，可以自己錄制這個命令。

CC-steady.cas?????????? cas的名字

?

/file/auto-save/data-frequency/500??????? 設置500次保存一次data，頁可以對cas保存進行設置

?

/solve/initialize/initialize-flow 初始化

/solve/patchfluid () y-pull-velocity? 0.01166?????????? 對PULL速度初始化，一定要有名字，這里是fluid

?

?

/solve/iterate 3002????????? 穩態方式計算3002次，

?

?

/define/models/unsteady-1st-order? y ?????????????????? 改為非穩態計算

/solve/set/equations/flow no?????????? 關閉流場

/solve/set/equations/ke no ??????????? 關閉流場

/solve/set/equations/temperature yes ????????????????? 開啟溫度場

?

/solve/set/time-step 0.001?????????????? 時間步長0.001

/solve/dual-time-iterate

2000?????????????????? 計算2000個時間步

20????????????? 每個時間步內最多20次計算

?

?

/solve/set/time-step 0.005?????????????? 修改時間步長為0.005

/solve/dual-time-iterate???????????????????

20000

20

?

?

/solve/set/time-step 0.01

/solve/dual-time-iterate

20000

20

?

?

/solve/set/time-step 0.05

/solve/dual-time-iterate

20000

20

?

?

/define/models/steady? y ?????????????? 在改回來，改成穩態計算

/define/boundary-conditions/zone-type up wall 對邊界條件的修改，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，對速度入口進行定義，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，然后根據需要去改正。

/solve/set/equations/flow yes????????????????? 開啟流場

/solve/set/equations/ke yes ????????? 開啟流場

/solve/set/equations/temperature no???????????? 關閉溫度

/solve/iterate 5000 ???????? 穩態計算5000次

?

?

/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，

?

!chmod +x cleanup*.sh????????????????????? 下面這幾行是固定的，不需要管。

!./cleanup*.sh???????????????????????????? 或者是因為公司是服務器的原因才有的，刪除試試也行。可能個人PC就不用這幾句。

!rm -f cleanup*.sh

exit

?

?

jou文件在后處理中的一些應用拓展

一般的計算多是平行的計算，通過改變某個量的值，觀察結果的變化，從而找到最優的取值范圍，因此在后處理的時候就會出現很多重復的步驟，這樣可以通過錄制jou文件，對一系列的結果進行處理，提高工作效率；同時，為了方便后處理的結果具有好的對比性，往往需要統一標尺、放大比例等操作，這個過程也可以錄制到jou文件中，可以保證后處理保存的圖片的一致性，方便對結果的分析。

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。