5.設(shè)置UDM的個(gè)數(shù)

在本例中共設(shè)置了8個(gè)UDM，詳見UDF相關(guān)設(shè)置。依次選擇User-Defined-Memory 命令，打開User-Defined Memory 對(duì)話框，在 Number of User-DefinedMemory Locations 文本框中輸入“8”，如圖 8-10 所示。

 

 

圖8-10定義UDM個(gè)數(shù)

 

UDM 將變量存儲(chǔ)到每個(gè)單元的中心,這些存儲(chǔ)的變量可方便地在后處理中顯示并用于分析。

 

6.設(shè)置材料屬性

在本例中使用純氬氣作為流體材料，氬氣的密度、電阻率、熱導(dǎo)率、黏度與溫度的關(guān)系如圖8-11所示。

 

 

圖 8-11 氬氣相關(guān)屬性與溫度的關(guān)系

 

在菜單欄中單擊 Create/Edit Materials按鈕，打開 Create/Edit Materials 對(duì)話框，單擊 Fluent Database 按鈕，在 Fluent數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇 Ar(氬氣)，并單擊 Copy按鈕導(dǎo)入氬氣材料屬性，可見材料數(shù)據(jù)庫(kù)中氣屬性均為常溫屬性，并不適合電弧等離子體的計(jì)算。單擊各屬性后面的Edit 按鈕，對(duì)材料屬性進(jìn)行編輯，本例中采用 piecewise-linear(分段線性函數(shù))定義溫度相關(guān)氣屬性，如圖8-12所示。

 

對(duì)于圖 8-12 中材料屬性最后一項(xiàng) UDS Difusivity(自定義標(biāo)題擴(kuò)散率)，從下拉列表中選擇 Defined-per-uds(每個(gè)自定義標(biāo)量定義)選項(xiàng)，單擊后面的Edit按鈕對(duì)各 UDS 的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行設(shè)定。在本例中，僅需指定 UDS-0，即電勢(shì)的擴(kuò)散系數(shù)，也就是電導(dǎo)率。在 UDS Diffusion Coeficients(自定義標(biāo)題擴(kuò)散系數(shù))對(duì)話框的 Coefcient 下拉列表中選擇 user-defned 選項(xiàng)，并單擊后面的 Edit 按鈕，選擇 UDF 中的自定義電導(dǎo)率函數(shù)名，如圖8-13 所示。

 

 

圖8-12設(shè)置氣屬性

 

 

圖8-13設(shè)置自定義標(biāo)量擴(kuò)散率

 

7.設(shè)置流體域源項(xiàng)

在 Fluent主界面的導(dǎo)航欄中選擇CellZone Conditions中的fuid 選項(xiàng)進(jìn)行流體域設(shè)置。在打開的 Fluid 對(duì)話框中勾選Source Terms(源項(xiàng))復(fù)選框,并單擊 SourceTerms 選項(xiàng)卡進(jìn)行流體域源項(xiàng)指定，如圖8-14所示。

 

分別對(duì)徑向及軸向動(dòng)量方程、能量方程，以及徑向及軸向磁矢勢(shì)方程進(jìn)行源項(xiàng)指定，即指定 UDF 中相應(yīng)的源項(xiàng)函數(shù)名，最后單擊OK按鈕完成源項(xiàng)指定。

 

 

圖8-14 指定流體域源項(xiàng)

 

8.設(shè)定邊界條件

在 Fluent 主界面的導(dǎo)航欄中選擇 Boundary Conditions選項(xiàng)展開各邊界，并對(duì)各邊界條件進(jìn)行設(shè)置，具體見表 8-1。

 

表 8-1邊界條件設(shè)置

 

注：σ為電導(dǎo)率;j為電流密度;z代表軸對(duì)稱模型的軸線方向;r為模型的徑向方向。

 

其中，氬氣入口速度，通過(guò)氙氣流量及入口截面積計(jì)算得到：

 

 

 

 

假定電流密度j在鎢極端部平均分布，則電流密度可通過(guò)焊接電流及鎢極端部面積得到：

 

 

 

 

式中，I--焊接電流

S--鎢極端部表面積。

 

9.設(shè)置求解

在 Fluent 主界面的導(dǎo)航欄中單擊 Solution 求解設(shè)置下面的 Solution Methods按鈕，進(jìn)行求解方法設(shè)置，在 Solution Methods任務(wù)頁(yè)面的 Scheme 的下拉列表中選擇 SIMPLEC 算法，其余選項(xiàng)保持默認(rèn)即可，如圖8-15所示。在Fluent主界面的導(dǎo)航欄中單擊 Solution Controls 按鈕進(jìn)行求解參數(shù)設(shè)置，如圖 8-16 所示。

 

 

 

在 Fluent 主界面的導(dǎo)航欄中單擊 Solution Initialization(求解初始化)按鈕進(jìn)行求解初始化設(shè)置，在 Solution Initialization 任務(wù)頁(yè)面保持默認(rèn)初始值，并單擊Initialize 按鈕進(jìn)行初始化。

 

10.求解計(jì)算

在 Fluent 主界面的導(dǎo)航欄中單擊 Solution下的Run Calculation 按鈕，并在右面的任務(wù)頁(yè)面，Time Step Size(s)(設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng))為0.01，Number ofTime Steps(時(shí)間步總數(shù)目)為1000步，MaxIterations/TimeStep(每步最大迭代數(shù))為50，其余保持默認(rèn)，并單擊 Calculate 按鈕開始運(yùn)算，如圖8-17所示。

 

 

圖8-17 設(shè)置運(yùn)算

 

11.模擬計(jì)算結(jié)果

計(jì)算完成后，在 Fluent主界面的導(dǎo)航欄中單擊Results下的 Graphics 按鈕，在右面的任務(wù)頁(yè)面中選擇 Contours 選項(xiàng)并單擊 Setup按鈕,進(jìn)行等值線云圖設(shè)置選取 Temperature(溫度云圖)，其他保持默認(rèn)，并單擊 Display 按鈕顯示溫度場(chǎng)云圖，如圖8-18所示。由圖8-18可見，電弧整體呈鐘形分布，最高溫度出現(xiàn)在鎢極端部位置，達(dá)2.84x10*K。

電弧區(qū)域流場(chǎng)分布如圖8-19所示。由圖8-19可見，氣保護(hù)氣體從噴嘴進(jìn)入，開始流速并未發(fā)生大的改變，而在進(jìn)入電弧區(qū)域后速度迅速增加，與溫度分布呈正比例關(guān)系，最大速度出現(xiàn)在最高溫度區(qū)域，可達(dá)38.3m/s。

 

 

圖8-18電弧焊接溫度場(chǎng)

 

 

圖8-19 TIG焊電弧區(qū)域流場(chǎng)分布

 

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：《焊接過(guò)程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

 

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