comsol模拟案例分析_comsol案例库 - CSDN文库

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此模型基于《 COMSOL 软件许可协议》 5.3 版本授权。

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在 COMSOL Multiphysics 5.3 版本中创建

金属冷却和凝固

3 | 金属冷却和凝固

其中， k 和 C

p

分别表示导热系数和比热。速度 u 是金属在液态和固态下的固定浇铸速

率。

金属在模具中进行冷却，最终凝固。相变过程会释放大量的潜热，其中相变期间单位

质量的合金释放的总热量表示为焓 H 的变化。此外，比热容 C

p

在相变期间的变化也

非常大。

合金的相变温度区间与纯金属的完全不同，通常较宽，会超过几个开尔文温度单位，

在这个过渡区固体材料和熔融物的混合物共存于 “糊状”区。要计算与相变有关的潜

热，可通过 “相变传热”域条件使用 “表观热容”法。该分析的目的是使温度过渡区

的半宽值 T 变小，以正确定义凝固前沿位置。

通过表格 1 回顾本教程中的材料属性。

表格 1：材料属性

熔融温度 T

m

和焓 H 分别为 1356 K 和 205 kJ/kg。

本例为一个高度非线性问题，适宜采用迭代方法求解。熔态与固态之间的过渡位置与

铸造速度、模具中的冷却速率及喷雾冷却区域中的冷却速率密切相关。需要在凝固前

沿采用细化网格来解析材料属性的变化。但是，该前沿的具体位置仍然未知。

从一个液态较缓慢转变到固态的设置开始，甚至在相对粗化的网格下也能求得结果。

而这个结果可以作为求解过程中下一步的起点，这时液态过渡到固态的过程较陡峭，

可以使用连续法来完成。给定一个待求解的单调值列表，连续法使用上一种情况的解

作为下一种情况的起始条件。当预计的最小 T 也得到解后，自适应网格细化算法将用

于细化网格，可以在过渡区域周围生成更多网格单元。随后得到的较细化网格可用于

针对更陡峭的过渡进行求解。可根据需要重复此操作，使凝固前沿位置的解析度越来

越高。

在本例中，参数 T 首先从 300 K 降至 75 K，然后使用自适应网格细化算法使凝固前沿

周围的网格更细化。得到的解和网格随后用作下一研究的起点，其中参数 T 进一步从

50 K 降至 25 K。双折线求解器用于求解此高度非线性问题。该求解器求解的时间比较

长，但在材料属性相对于解发生较大变化时，此求解器可以获得更好的收敛性。

属性符号熔融物固体

密度

 (kgm

3

) 8500 8500

恒压热容

C

p

(J(kgK)) 530 380

导热系数

k (W(mK)) 150 300

C

p

u TkT–+0=

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评论1

沉默啊_07

2021-06-10

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Rocco_L

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