鑄造充型過程氣液兩相流動數(shù)值模擬的研究.pdf

1、氣液兩相流動數(shù)值模擬技術(shù)是近幾年來計算流體力學(xué)（CFD）領(lǐng)域研究的熱點和前沿。本研究將計算流體力學(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際應(yīng)用價值。 精確描述相間運動界面的變化是模擬鑄造充型過程氣液兩相流動的前提和基礎(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動方程的能力，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算發(fā)散問題。 為了驗證本研究算法模擬鑄造氣液兩相流動的能力，采用了實驗驗證與軟件驗證相結(jié)合的方法。利用水力學(xué)相似原理設(shè)計了水模擬實驗方案，實驗與計算結(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、的氣液兩相流動計算。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過程，流動場與溫度場耦合計算是必需的。本文建立了鑄造氣液兩相流動場與溫度場耦合計算的數(shù)學(xué)模型，編制了鑄造氣液兩相流動傳熱耦合軟件。 為了檢驗本文算法在三維復(fù)雜邊界條件下的穩(wěn)定性和可靠性，并分析兩相流計算與單相流計算的異同，采用國內(nèi)知名鑄造商