华中科技大学：铸造气液两相流的SOLA-LevelSet算法研究与验证

本文主要探讨了大数据、算法在铸造充型过程中的关键应用——气液两相流动数值模拟的研究。随着计算流体力学（CFD）技术的飞速发展，该研究将最新的计算方法引入到铸造工艺中，旨在提升铸造仿真技术的精度和预测能力。核心挑战在于如何精确描绘气液界面的动态变化，为此，研究者采用了LevelSet方法，这是一种先进的界面追踪技术，它能够有效地解决界面方程的求解问题。 作者发展了一种称为SOLA-LevelSet的新算法，对传统SOLA方法进行了改良，使其能够处理可压缩气体的运动，同时通过GhostFluid方法解决了由于气液密度差异大可能导致的计算发散问题。这种方法确保了模拟的稳定性和准确性，尤其是在处理密度跨度大的气液混合流动时。 验证算法的有效性是研究的关键步骤。首先，通过水力学相似原理设计的实验方案与软件模拟相结合，证实了算法能够准确模拟气液界面的复杂变化。接着，将自行开发的系统与商业化软件FLUENT进行对比，证明了算法的正确性和可靠性。 考虑到铸造过程中高温液态金属冷却时热量的传递，文章进一步构建了气液两相流动场与温度场的耦合计算模型，开发出专门的软件，以便全面模拟铸造过程中的传热行为。这一步的实现强化了模型的实用价值。 最后，通过与国内知名铸造商业软件华铸CAE的对比计算，研究展示了新算法在三维复杂边界条件下稳定且准确模拟实际铸件充型过程的能力。与单相流计算相比，气液两相流动算法能更准确地捕捉到型腔背压对液体流动的影响以及卷气形成过程，从而更好地再现铸造工艺中的复杂现象。 这项研究不仅在理论上深化了铸造气液两相流动的数值模拟理解，也为实际的铸造生产提供了强大的工具，具有显著的实用价值。关键词包括铸造气液两相流数值模拟、LevelSet方法等，充分体现了研究的深度和重要性。