铸件充型凝固过程CFD分析

铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，主要用于液态金属充填铸型过程；铸件铸型传热过程数值计算，主要用于铸件凝固过程；应力应变数值计算，用于铸件凝固和冷却过程；晶体形核和生长数值计算，主要用于金属铸件显微组织形成过程和铸件力学性能预测；传热传质传动量数值计算，主要用于大型铸件或凝固时间较长的铸件的凝固过程。数值计算可预测的缺陷主要是铸件形成过程中易发生的冷隔、卷气、缩孔、缩松、裂纹、偏析、晶粒粗大等等，另外可以通过数值计算，提出合理的铸造工艺参数，包括浇注温度、铸型温度、铸件凝固时间、打箱时间、冷却条件等等。目前，用于液态金属充填铸型过程的熔融金属流动和传热数值计算以及用于铸件凝固过程的铸件铸型传热过程数值计算已经比较成熟，逐渐为铸造厂家在实际生产中采用。

FLUENT进行铸造凝固过程计算的关键点：

1.设置多相流模型。

2..采用凝固/融化模型。

3.材料属性需要设置相变属性

4.后处理可以查看固相应力分布。

计算相关步骤

1.整体模型分为3个Zone

a.金属液初始区域，流体zone，材料为液体金属和空气

b.浇道和型腔，流体zone，材料为空气

c.铸型，固体zone，材料为模具钢

相邻zone之间用coupled wall连接，zone的外边缘为绝热wall。

2.计算模型

需要将多相流、能量和凝固融化模型勾选上。

多相流选择VOF方法，主项为空气，次相为金属溶液

3.材料设置

流体材料都需要设置相变特性参数（即相变潜热，固相线温度，液相线温度）。

a.metal：设置金属液的属性，关键参数包括固相线温度和液相线温度。

b.Air：air保持默认值。

c.模具钢：只需要设置密度、比热和热导率。

4.边界条件

设置压力出口的压力值和温度。边界条件的设置与一般仿真没有区别。

5.流场初始化

初始化后用patch设置金融溶液在初始区域的位置。

6.求解策略

采用瞬态计算，金属液边流动边凝固。

7.后处理

查看金属的分布 Display-->Graphics and Animations-->contours-->Solidfication/Melting-->Liquid Fraction

算例示意