三维同位网格在连续铸造中间包流体模拟中的应用验证与分析

本文档深入探讨了"同位网格在中间包内流体流动数值仿真应用"这一主题，发表于2004年的《材料与冶金学报》第3卷第4期。作者匡世波、李环、邹宗树和余艾冰分别来自东北大学材料与冶金学院和澳大利亚新南威尔士大学材料科学与工程学系。他们针对连铸中间包内的流体动力学问题，开发了一种三维直角坐标下的同位网格数值仿真程序。 同位网格，也称为交错网格或共置网格，是一种数值计算方法，其中网格点的位置和物理量的定义在同一位置，便于简化求解过程并提高计算效率。这种方法在处理复杂几何形状和边界条件时具有优势，特别是在处理流体动力学问题时，如中间包内的液态金属流动，因为可以更精确地模拟边界层和混合区域的行为。 论文的核心内容包括： 1. **程序开发**：介绍了作者开发的三维数值仿真程序，该程序基于同位网格技术，用于模拟连铸中间包内部的流体流动，能够提供关于金属流动路径、速度分布和温度分布等关键信息。 2. **验证与实验数据**：作者将模拟结果与已有的实验数据进行对比验证，确保了数值模型的准确性和可靠性。这一步骤对于任何数值模拟来说都是至关重要的，因为它确保了理论预测与实际观测的一致性。 3. **网格理论与边界条件处理**：详细阐述了同位网格的原理，以及如何在三维直角坐标下有效地处理各种边界条件，例如固壁边界、开放出口边界和温度变化边界等。这些处理方法对于获得逼真的模拟结果至关重要。 4. **影响因素分析**：论文还讨论了网格局部加密（即在需要更高精度的区域增加网格密度）和不同线性方程迭代方法（如有限差分、有限元或有限体积方法）对程序收敛性的影响。理解这些因素有助于优化计算性能，减少误差，并提高模拟结果的精度。 5. **关键词与分类**：文章的关键词包括“同位网格”、“交错网格”、“连铸中间包”，以及中图分类号TF777.1，文献标识码A和文章编号1671-6620(2004)04-0269-06，这些都是学术界检索和引用的重要标识。 这篇论文为连铸工艺中流体流动的数值模拟提供了一个实用且精确的工具，对于改进铸锭质量控制和优化生产过程具有重要意义。通过同位网格技术的应用，研究人员可以深入理解并预测中间包内的复杂流动现象，从而优化铸机设计和操作参数。