先說流場、溫度場、凝固是不是應(yīng)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(nèi)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(xiàn)坯殼靜止的冷卻過程，計算到最后是結(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，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(wěn)態(tài)來計算，不能用穩(wěn)態(tài)計算。而且從水口進入的鋼水使得結(jié)晶器內(nèi)的流動很復(fù)雜，要求計算的時間步要很小，否則極易發(fā)散。并且，即使是在計算溫度場的時候關(guān)閉了流場，已經(jīng)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(wěn)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(wěn)態(tài)計算。

流場收斂后，關(guān)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(jù)坐標軸確定正負，而不是根據(jù)進入/流出計算取。很重要，如果是直的結(jié)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(shè)置移動。這個用非穩(wěn)態(tài)計算，很重要。總的時間是根據(jù)拉速和鑄坯長度估計。

溫度場、坯殼計算好后。關(guān)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(wěn)態(tài)計算。到此就完成了流場和溫度場的計算。在模型 models中關(guān)閉solid ./熔化 模型，只在solution control中關(guān)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(xiàn)，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(chǔ)上計算了流場，沒有考慮注流向兩側(cè)坯殼的沖擊，導(dǎo)致兩側(cè)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(xiàn)沖擊區(qū)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(wěn)態(tài)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(shù)的話我設(shè)置10.

這些過程可以結(jié)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(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)計算的時間步。定義好邊界條件后，調(diào)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(xù)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(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)、邊界條件的切換和定義、時間步的調(diào)整進行控制，具體可以參考jou文件。

具體過程如下：

造型與網(wǎng)格劃分

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)勢是可以保留彎曲和矯直的細節(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。

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(wǎng)格劃分較小，其結(jié)果仍然發(fā)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(shè)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(jié)溫度場的計算，然后穩(wěn)態(tài)方式進行流場計算。其具體設(shè)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。

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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(jié)流場計算，采用非穩(wěn)態(tài)方式計算凝固殼。時間步長可以設(shè)置0.1~0.2，一般以0.1為佳，計算步數(shù)一般采用下式進行估計。具體設(shè)置見文件夾《凝固殼計算》。

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在計算完成后會得到如文件夾《凝固殼計算》中的結(jié)果

準真實流場的計算

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

夾雜物計算

在得到穩(wěn)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(shù)量，便于后續(xù)的上浮率的統(tǒng)計，并且保證定義的粒子進入?yún)^(qū)域在水口內(nèi)部。在計算過程中設(shè)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(shè)置如圖1所示。計算結(jié)果見文件夾《夾雜物計算結(jié)果》。

轉(zhuǎn)存失敗重新上傳取消

Injection面設(shè)置

轉(zhuǎn)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(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《處理后標記面上的結(jié)果》。

然后考慮夾雜物被凝固坯殼捕捉時凝固殼的固相分數(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，說明當時粒子經(jīng)過的區(qū)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(zhuǎn)換，這個過程通過幾何關(guān)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(nèi)的概率分布的等值線云圖。同時，如果為了顯示結(jié)果更加美觀，可以采用surfer進行后處理。

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公司高性能平臺使用說明

使用前需要先聯(lián)系CAE的張瑤，獲得賬號才可以計算。

網(wǎng)址：http://10.64.11.110:9016/servlet/ShowQueue?state=801

1、新建project，其中的billing選擇CAE

轉(zhuǎn)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(shù)最多可以選擇8個，超過8個就會license error。

轉(zhuǎn)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(zhuǎn)存失敗重新上傳取消

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高性能平臺計算用jou文件

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

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cas保存進行設(shè)置

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/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

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/solve/iterate 3002????????? 穩(wěn)態(tài)方式計算3002次，

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/define/models/unsteady-1st-order? y ?????????????????? 改為非穩(wěn)態(tài)計算

/solve/set/equations/flow no?????????? 關(guān)閉流場

/solve/set/equations/ke no ??????????? 關(guān)閉流場

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

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/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(nèi)最多20次計算

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/solve/set/time-step 0.005?????????????? 修改時間步長為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(jù)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(guān)閉溫度

/solve/iterate 5000 ???????? 穩(wěn)態(tài)計算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???????????????????????????? 或者是因為公司是服務(wù)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

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jou文件在后處理中的一些應(yīng)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(jié)果的變化，從而找到最優(yōu)的取值范圍，因此在后處理的時候就會出現(xiàn)很多重復(fù)的步驟，這樣可以通過錄制jou文件，對一系列的結(jié)果進行處理，提高工作效率；同時，為了方便后處理的結(jié)果具有好的對比性，往往需要統(tǒng)一標尺、放大比例等操作，這個過程也可以錄制到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內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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