数值模拟--郭志东

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1、数值模拟太原理工大学材料科学与工程学院铸造0501班郭志东数值模拟及其应用和发展Abstract：1，TheDefineofNumerialSimulationandDevelopment　　2，ThestudyofNumerialSimulationofsolidificationintheFoundry　　3，ThestudyofNumerialSimulationofmiddle-ladlewhenpouring　　4，ThestudyofNumerialSimulationofstressfieldintheCasting　　5，The

2、studyofNumerialSimulationofcraftinthemoldingKeyWords：FoundyNumerialSimulationCastingMiddle-ladle摘要：1，数值模拟以及它的发展2，精密铸造充型凝固过程的数值模拟3，连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟4，连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟5，基于三维参数化造型技术的铸造工艺设计与数值模拟集成系统关键词：铸造数值模拟铸件中间浇包铸造工艺设计数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至

3、自然界各类问题研究的目的。在计算机上实现一个特定的计算，非常类似于履行一个物理实验。这时分析人员已跳出了数学方程的圈子来对待物理现象的发生，就像做一次物理实验。数值模拟实际上应该理解为用计算机来做实验。比如某一特定机翼的绕流，通过计算并将其计算结果在荧光屏上显示，可以看到流场的各种细节：如激波是否存在，它的位置、强度、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。通过上述方法，人们可以清楚地看到激波的运动、涡的生成与传播。总之数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有什么区别。从上面的例子可以看到，数值模拟包含以下几个步骤：1，首先

4、要建立反映问题（工程问题、物理问题等）本质的数学模型。具体说就是要建立反映问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。这是数值模拟的出发点。没有正确完善的数学模型，数值模拟就无从谈起。牛顿型流体流动的数学模型就是著名的纳维—斯托克斯方程（简称方程）及其相应的定解条件。2，数学模型建立之后，需要解决的问题是寻求高效率、高准确度的计算方法。由于人们的努力，目前巳发展了许多数值计算方法。计算方法不仅包括微分方程的离散化方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立，边界条件的处理等。这些过去被人们忽略或回避的问题，现在受到越来越多的重视和研究。3，在确定了计算方法

5、和坐标系后，就可以开始编制程序和进行计算。实践表明这一部分工作是整个工作的主体，占绝大部分时间。由于求解的问题比较复杂，比如方程就是一个非线性的十分复杂的方程，它的数值求解方法在理论上不够完善，所以需要通过实验来加以验证。正是在这个意义卜讲，数值模拟又叫数值试验。应该指出这部分工作决不是轻而易举的。4，在计算工作完成后，大量数据只能通过图像形象地显示出来。因此数值的图像显示也是一项十分重要的工作。目前人们已能把图作得像相片一样逼真。利用录像机或电影放映机可以显示动态过程，模拟的水平越来越高，越来越逼真。并行工程环境下的计算机数值模拟技术是材料成

6、型过程数值模拟技术发展的一个主要方向，并行工程环境要求高质量，高效率的高度集成数值模拟系统。高度集成的数值模拟软件系统是此项技术发展的必然趋势，集成系统可为产品开发者提供一个高效快速的设计制造平台，以适应激烈的市场竞争的需要。高质量，高效率的高度集成数值模拟系统是并行工程的可靠而有效的保证，也是发展虚拟制造技术的关键之一，它将会促进21世纪的材料加工技术得到更大的发展。精密铸造充型凝固过程的数值模拟在动量方程、连续性方程、体积函数方程和能量守恒方程基础上，用改进的SOLA-VOF方法编制精密铸造三维充型过程流体流动与传热的耦合模拟计算程序，实现

7、了充型过程的数值模拟。采用SolidEdge造型软件和SRIFCast网格剖分器作为前处理平台，实现了复杂铸件三维实体造型及非均匀网格的自动剖分，得到了能被计算机识别的铸件几何形状和模拟计算所需的数据。采用与温度场相同的存贮格式存贮缺陷预测判据值，以彩色显示凝固过程中缩松、缩孔现出的区域和位置。采用精密铸造工艺，对三级动叶片实行实际浇注，并选用8能道的数据采集系统休集了铸件凝固过程中铸件内部、铸型表面五点的温度与时间的变化规律，进一步验证了精密铸造充型凝固过程的数值模拟系统的准确性。连铸中间包内湍流控制器控流过程的数值模拟由于受模型及水的物性限

8、制，水模拟很难准确模拟高温钢液的运动特点;钢水在连铸过程中，因为冷却作用，温度是不均匀分布的，而水模型很难模拟出温度差对流动的作用。因此全面考察连铸情