鑄造充型過程氣液兩相流動(dòng)數(shù)值模擬的研究.pdf

1、氣液兩相流動(dòng)數(shù)值模擬技術(shù)是近幾年來計(jì)算流體力學(xué)（CFD）領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿。本研究將計(jì)算流體力學(xué)最新方法，應(yīng)用于鑄造充型過程氣液兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬，對于深化鑄造仿真技術(shù)和提高預(yù)測水平具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 精確描述相間運(yùn)動(dòng)界面的變化是模擬鑄造充型過程氣液兩相流動(dòng)的前提和基礎(chǔ)。本研究采用新的界面追蹤技術(shù)Level Set方法描述鑄造氣液兩相界面，并利用高精度離散格式求解界面輸運(yùn)方程。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了新的適用于鑄造充

2、型過程氣液兩相流動(dòng)的SOLA-Level Set算法。該算法改進(jìn)了傳統(tǒng)的SOLA方法使其具備求解可壓縮氣體運(yùn)動(dòng)方程的能力，使用Ghost Fluid方法解決了氣液兩相界面處密度跨越較大易引起的計(jì)算發(fā)散問題。 為了驗(yàn)證本研究算法模擬鑄造氣液兩相流動(dòng)的能力，采用了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與軟件驗(yàn)證相結(jié)合的方法。利用水力學(xué)相似原理設(shè)計(jì)了水模擬實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果基本一致，表明該算法可以準(zhǔn)確處理氣液兩相流動(dòng)過程中的復(fù)雜界面變化，能夠適用于密度跨越較大

3、的氣液兩相流動(dòng)計(jì)算。利用現(xiàn)有商業(yè)化軟件FLUENT與自行開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行模擬對比，驗(yàn)證了自行開發(fā)系統(tǒng)的正確性和可靠性。 高溫液態(tài)金屬的充型過程總是伴隨著熱量的散失，欲準(zhǔn)確模擬鑄造氣液兩相流動(dòng)過程，流動(dòng)場與溫度場耦合計(jì)算是必需的。本文建立了鑄造氣液兩相流動(dòng)場與溫度場耦合計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，編制了鑄造氣液兩相流動(dòng)傳熱耦合軟件。 為了檢驗(yàn)本文算法在三維復(fù)雜邊界條件下的穩(wěn)定性和可靠性，并分析兩相流計(jì)算與單相流計(jì)算的異同，采用國內(nèi)知名鑄造商