硅铝熔体内不同粒径颗粒模拟沉降的仿真测试——清析客户检测案例

类别：客户案例 235 2023-08-07

2023年4月25日，检测顾问接到江苏某大学的客户有计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，具体情况如下：

客户背景

客户是江苏某大学的博士后，希望通过COMSOL软件，模拟出不同沉降时间，硅铝熔体内流体的速度和压力分布，以及50-250um的固体颗粒的速度、受力情况以及运动轨迹。

工况1：溶体的自由沉降，沉降时间为 20min（状态稳定即可）。

工况2（只变转速）：

垂直液面加入转子进行搅拌，熔体跟着转子进行旋转运动，30、60、90、120r/min，计算时长约20min（状态稳定即可）。

工况3（只变气流量）：

转子底部出Ar气，只设置流速1/2/3/6L/min；

搅拌与吹气同时进行，计算时长10min（状态稳定即可）；

转子先浸入熔体，固定位置不动，然后吹气；

转子转速为 90r/min。

1、对三个工况硅铝熔体内整体及局部区域熔体压力、熔体流速、颗粒受力（包括大小和方向）、颗粒轨迹、颗粒速度（大小和方向）的云图，以PPT形式展现?（局部区域包含约20个颗粒，颗粒轨迹需要分析其在某时刻的前3-5s，该时刻及该时刻后3-5s颗粒位置，展示其碰撞过程）、稳定状态时工况的模型截面图

3、某时刻粒子的通量

4、速度分布区间

5、入口气速对Z截面上静压分布的影响图

6、截面上的静压与流线分布图

7、不同工况内粒径颗粒的运动轨迹

8、每个工况提供2个截面的的径向和轴向分布数据（某个时刻下粒子所处的位置、速度（大小和方向），压力沿指定截面径向、轴向分布数据）

工况一：利用欧拉欧拉的办法建模，其动力学通过混合物的动量传递方程、连续性方程和固相体积分数的输运方程来建模。把熔体看作连续的相，固体铁相颗粒分散在熔体中。用Krieger类型表达式计算混合物黏度、固体颗粒滑移模型用Hadamard-Rybczynski

其中模型设置细节为：S2-6分别代表50-250um的固体颗粒，硅铝熔体的动力黏度为2.43e-3Pa.s,密度以及模型大小根据客户提供。

工况二：利用欧拉-拉格朗日方式建模。即CFD+DPM，把熔体当作连续相，固相颗粒分散在熔体中。

搅拌通过一个木棍旋转来形成搅拌的湍流场。湍流模型选用平均雷诺数RANS-kE. 粒子通过粒子追踪耦合到流场中粒子受到的力包括重力、浮力、曳力、流体阻力。

其中模型设置细节为：S2-6分别代表50-250um的固体颗粒，硅铝熔体的动力黏度为2.43e-3Pa.s,密度以及模型大小根据客户提供

s2-s6颗粒在坩埚中随机释放50个，释放时刻为1S的时候。转速为150转每分钟。颗粒为牛顿型，可以查看颗粒在不同时刻的受力情况。

经过不断地模型和参数调整，仿真结果符合客户的实验结果。仿真过程中与客户保持沟通，及时跟进计算进度，最大程度的满足客户需求，客户对于数据表示非常认可。