第二章FLOW-3D_填充分析
FLOW3D设置总结
得出我要的全部参数了，才网格，速度，迭代收敛搞好，一般都一次成功的
7：隐式比较适合比较大的时间步长
8：压铸方面主要是对填充的分析，从而分析在压铸过程中的产品是否有包力而产生气孔与冷纹等现象，通过流体的流向状态与表面缺陷的氧化层情况，就可以判断模具设计是否合理。
1：隐式计算速度比显式要快
2：时间越往大的调，相对来说，慢压射起动时间越长
3：设置转换时，速度值一定要设置为负值，如-300，设置反了计算不了
4：速度值越大，压力也一起增大，为同步递增
5：高速---
第一次看，低速流到我想要的位置，看看什么时间
FLOW----3D操作步骤概要
五、设置通用的参数
通用参数，一般默认而不需要设置。只需要设置填充条件就行，填充条件一般设置为填充分数
六、导入材料的物理特性
每种成型都有一个材料合金的特性，选择流体数据库，选择一个合金型号，双击就可以导入。
七、预计算
之后就可以预计算，如果没提示错误就可以计算。
三、设置边界条件：
划分网格后，就设置边界条件。在铸造方面，边界条件一般为W、S、V、P、I五个为主（S为对称、W为围墙、V为速度、P为压力、I为连接），其余不用。速度与压力只需要指定一个为边界填充条件即可。
四、设置物理模块
物理模块，根据要做模拟的种类及成型条件来设置。
FLOW----3D操作步骤概要
FLOW3D大概操作步骤：
一、引入STL文件
用三维软件UG、PROE等，设计成流道，与产品连在一起，最终另存为STL格式文件。如果用mastercam做的3D流道，需要对流道进行破面修补，然后再把产品组装起来，最后导出STL文件。
二、建立网格
在FLOW3D里面，默认改为0.1，从而以CM为单位。之后就可以建立网格，但网块不能过多，一般六块以下，太多会出错。
flow3d官方培训教程中的实例中文说明
Flow3D学习——3 算例1 Aerospace TutorialAerospace Tutorial新建一个项目，Model Setup Tab-Meshing & Geometry Tab-SubcomponentTab-Geometry Files-c:\Flow3D\gui\stl_lib\tank.stl，Type and Potential 使用缺省选项，因为将引入其它形状作为固体，Subcomponent 1中坐标范围(Min/Max)为：X: 5.0～15.0, Y: 5.0～15.0, Z: 0.0～15.0tank.stl的单位对FLOW-3D来说是未知的，可能是英寸、英尺、毫米等，现在假设模型是SI（国际单位），那么流体或固体的属性都应该是SI的。
（这里有些糊涂，FLOW-3D会使用STL文件中的单位么？）模拟的情况为从圆柱形底部入口向球形水箱内充水，计算域应该和此形状范围相近，略大一点但不能紧贴着形状边界。
底边界的位置和边界条件类型有关，如果入口处流速已知那么模拟多少入口长度没有关系，因为断面形状是固定的，但是如果特定位置的压力是已知的，那么要把边界放在该位置处因为压力会受入口长度的重力和粘性效应影响而变化。
建议计算域要大于最大几何尺寸的5%，底边界除外，可以小于5%，这样计算域底部和入口交叉，不会挡住水流，因此计算域定义为X: 4.95～15.05 Y: 4.95～15.05 Z: 0.05～15.05在Mesh-Cartesian的Block 1中按上面参数修改计算域尺寸，然后在Block 1上右键选择Update Mesh更新显示。
Re = Reynold数= Inertial Force/Viscous Force = UL/νBo = Bond数= Gravitational Force/Surface Tension Force = gΔρL^2/σWe = Weber数= Inertial Force/Surface Tension Force = LU^2ρ/σU是特征流速，L是特征长度，g是重力加速度，ρ是密度，σ是表面张力系数。
FLOW-3D使用简介PPT学习课件
Note: The inactive part of the mold is not shown here just to illustrate the effect of deactivating cells.
2020/3/5
Die casting, filling time 56 msec （压铸, 充型时间 0.056 sec） • full die volume:
simulation #1
simulation #2
simulation #3
…
2020/3/5
20
设定 Restart
2020/3/5
Navigator 让使用者可以简单的建 立 restart simulation
21
Restart Simulation 细项设定
定义重新启动 flsgrf文件源
Marine 船舶
2020/3/5
6
OffShore Platform 近海平台
InkJets 喷墨
Aerospace 航空航天
Multiphase Fluid 多相流
Valve 阀门等流体控制
Consumer Product 消费品
2020/3/5
7
在电脑的计算求解下，设计人员可测试多项 工程上之设计变更以及得到合适的结果。 测试设计方案以及事前找出设计缺陷。 比较多种设计方案之优劣。 减少水工模型制作所需要花费的时间及金钱。
从列表中选择重 新启动时间
使用者可以用浏览的方式检视希望 继续分析的时间。
Restart 的 source (flsgrf.dat) 不需要一 定与设定档在同一个文件夹内。
如果执行时 restart source 档案存在 ，程式会自动列出使用者可以选择 restart 执行的时间点。
第二章FLOW-3D 填充分析
Component Type 物件类别
Solid
Hole
Complement
2.2、网格建立
• 网格基本设定 – Uniform Meshes – Non-Uniform Meshes • 网格建立重点 • Multi-Block Meshes • 操作：建立网格
网格基本设定
• Uniform Meshes
• • • •
2.3、分析條件設定
• FLOW-3D 可以指定分析停止的条件。分别是： – Finish Time（指定时间，时间到达时停止） – Fill Fraction（指定充填率，充填率到达指定值时停 止） – Solidified Fluid Fraction（指定固化率，固化率到达 指定值时停止） • Finish Time 为最高判断原则，一旦到达 Finish Time， 程式会强迫停止。 • 一般执行充填仿真时，会选用 Fill Fraction 作为程式判 断条件（在 Finish Time 填入较大的数值）。
Defect Tracking
FLOW D Cast介绍 理论培训教程
FLOW-3D ® Cast 理论培训
FLOW-3D Cast Training Class
Flow-3D Cast Training
何谓 Flow-3D Cast？
FLOW-3D Cast 是Flow Science公司推出一款针对于铸造工程的专 用版本，其具有简洁友善的中文操作界面、简单的网格设置以及强大的 求解计算核心，让用户快速有效的掌握软件。 FLOW-3D Cast 提供了精准的填充流态和凝固缺陷分析，让工程师和 设计者在开模前有所依据，优化设计方案，减少试模次数，进而降低生 产成本。 FLOW-3D Cast 为铸造工程提供了一系列物理模型，几乎涵盖所有的 铸造方向应用。如重力铸造、高压铸造、低压铸造、消失模铸造、精密 铸造、半固体铸造、挤压铸造等等。
Flow-3D Cast Training
利用 pyADMesh 检查 STL 图
• STL图形可以利用 FLOW-3D Cast 的 “pyADMesh”功能
FLOW-3D Cast Training Class
Flow-3D Cast Training
FLOW-3D Cast 内建几何工具
长方体 圆柱体
对 STL 图进行坐标转换（平移/旋转/比例缩放），注意单位 为毫米。
若导入后进行修改，请点击“建模/几何/几何导入/几何重新 定位”
Flow-3D Cast Training
FLOW-3D Cast Training Class
第二节 FLOW-3D Cast 几何建立
建立几何 导入几何 从库中几何导入
FLOW-3D Cast Training Class
Flow-3D Cast Training
flow-3d软件文档集合(二)
30.FLOW-3D应用于泥沙侵蚀和沉积建模（EN）.pdf 该flow-3d1泥沙冲淤模型有了9.4版，新的能力和方法。概述了新的更改模型 ，描述了重要的方程和方法，概述了如何使用模型建立和仿真，并关闭了两 个测试案例来验证当前的模型。
31.FLOW-3混合潜水模型介绍.pdf Flow-3d有浅流模型已经很多年了。该模型是适合流动的水平宽度远大于深度 的情况。例子包括在海、 河口、 大湖、 季节性洪水、 液体涂料、 润滑薄 膜和汽车挡风玻璃上的水的流动。三维的纳维尔-斯托克斯方程减少为 2D 平
14.用FLOW-3D的GMO模型模拟液体晃动.pdf 用FLOW-3D的GMO模型模拟液体晃动
15.应用 FLOW-3D 于镁合金压铸仪表板的设计.pdf 应用 FLOW-3D 于镁合金压铸仪表板的设计
16.应用 FLOW-3D 于砂模铸造的浇铸系统方案设计.pdf 应用 FLOW-3D 于砂模铸造的浇铸系统方案设计
的结果。为了解决这个问题，本文已作出了修改后的两方程湍流模型来构建
局部边界的湍流长度和时间尺度。
34.FLOW 3D在水利中的应用.ppt
阐述了FLOW-3D在水利中的应用，包括基础的模拟以及相比于其他软件的优势
，英文PPT。
Байду номын сангаас
35.FLOW-3D压射缸行程设定的最佳化.pdf 高压铸造（High Pressure Die Casting, HPDC）制程中，压射缸（shot cylinder）的作用在于快速的将金属融汤注入模穴内。一般而言，压射缸保
持水平，金属融汤从压射缸上方的开口注入。柱塞头会在短时间内将金属融
汤退入模具的充填系统。
36.FLOW-3D在溢洪道的设计与评估的应用案例.pdf 加拿大 Manitoba 大学 水力学研究与试验设备室 (HRTF) 成立 1995 年，由 Manitoba Hydro 公司以及加拿大自然科学与工程研究委员会（ NSERC ）、
FLOW-3D多孔介质模型-渗流模型培训讲学
• Resolve all geometry (FAVOR)
• Geometry represented as volume fraction (porosity) open to flow
• Compute pressures and velocities • Assume flow is uniform over cell
PmucK1/2u2
x K
where = fluid density
viscous
transitional
inertial
Understanding FLOW-3D®’s Drag Model
• 由于流体在多孔介质中受到的很多阻力太小而无法求 解，所以用一个均布的阻力系数来计算：
N-S张量方程
u t V 1 f A fu u 1 p V 1 f A fu G K u
– Pressure difference across this
saturation front is dictated by a
user-defined capillary pressure
(Pcap)
d
Pcap
4cos
d
s Concave case (lower pressure in
a
liquid) is assumed to have +ve Pcap
• 激活 Porous media 多孔介质物理模型 • 创建 porous component (s) 多孔材料
Setting Up A Porous Media Simulation
Porous media simulation setup steps:
1) Decide flow type: Saturated or Unsaturated
Flow3D培训教程
Flow3D培训教程FLOW-3D V9.3.2 水利教程上海飞熠软件技术有限公司目录1. 为何选择Flow-3D软件, ............................................................ 2 2. Flow-3D软件界面 (2)3. Flow-3D分析流程 (2)3.1 运行FLOW-3D (2)3.2 几何体的设置 (2)3.3 General设置 (2)3.4 Physics设置 (2)3.5 Fluids设置 (3)3.6 Meshing _Geometry设置 (3)3.7 Boundary设置 (3)3.8 Initial设置 (4)3.9 Output设置 (4)3.10 Numerics设置 (4)3.11 计算 ..................................................................... ... 4 案例1 渠道流动状况 ....................................................................4 案例2 波浪运动 ..................................................................... ... 6 案例3 卷气量分析 ......................................................................7 案例4 球从半空中掉下 (7)案例5 强制球在水面移动 ................................................................ 8 案例6 开闸泄流 ..................................................................... ... 9 案例7 搅拌不同密度流体 (11)3.1 为何选择Flow-3D软件,网格可以自由分割，不需要与几何文档建立关联, FAVOR可以描述非常复杂的流场运动模式,TruVOF与自由液面模型描述,多网格区块建立技术能够大幅度地提高计算效率,运动物体GMO碰撞模型设置简单方便。
02、FLOW_3D V11充型凝固分析
FAVOR后图发生问题的原因
原始图
建立网格
FAVOR
网格图
• FAVOR采用比例技术取得『近似』的图档。当网格越密时，网格图与原始图越接近。但是， 由于网格切割的位置可能让某些特征在切割近似后发生消失的状况，因此需要以『Add Plane』 的技术对局部网格进行细化。
• 如果计算机硬件配够足够强， 也可直接以较多网格切割，效果是相同的（但是分析时间可能 会增加）。
FLOW-3D v11 高压铸造-充型分析训练课程
如何选择高速压射起点
• 压铸特点是快速填充，在整个高速压射阶段，融熔金属以 30~60 m/sec的速度通过内浇口进入型腔。此时融熔金属会包 卷气体，在这种情况下可考虑让气孔分布在何处不影响关键位 置。
• 由于型腔的截面积远大于内浇口，当冲头速度不大于 0.8m/sec时，融熔金属在型腔内是以近似于层流的方式运动， 这一阶段不会产生卷气。
•Implicit隐式解可以加快求解时间
Maximum Thermal penetration depth计算公式1
基于半无穷域的一维热穿透解(1-D heat penetration solution)
8t
其中 α 为固体热扩散系数 α =κ/(ρ Cp) κ 为固体的导热率 ρ Cp为固体密度*固体的比热 t 为接触时间 δ 为热穿透深度
• Mesh information会提供网格区块的尺寸大小（最大&最小）。建议最大最小的网格 差异不要大于5。
2.3 全局设定
•Fill fraction:设定为1.0（Fill fraction：填满率） •Fill fraction =1，代表程序执行至『完全填满』时会自动停止计算。
2.4 物理模型
第二章 FLOW-3D 有效地使用GUI
10. Add Simulation Copy… - 在树状结构选定的模拟复 制一个模拟文件. 11. Add Example… - 打开一个FLOW-3D模拟文件样品 的目录. 12. Save Simulation - 在当前目录中的位置保存当前工 作模拟文件. 13. Save Simulation As… - 更改模拟输入文件的名称（ prepin ）并保存在选定的位置。 14. Edit Simulation - 在树状结构选定的模拟使用此命 令用文本编辑器打开模拟输入（ prepin ）文件. 15. Rename - 在树状结构选定的模拟重新命名模拟导 入文件. 16. Close Workspace – 移除工作区. 17. Remove Simulation – 从工作区移除模拟文件.(这个 命令不会从档案的目录删除模拟,按Delete键也可 实现.) 18. Exit – 退出FLOW-3D.
所有设置为初始状态
所有设置写入prepin文件
完成 时间 和时 间步 长控 制
选择 和压 力求 解收 敛控 制
显性和 隐性求 解选择 和融合 的管制
流体 界面 平流 选项
平流某 些物理 模型方 法的选 择
按此按钮来传送所做的 更改项目的输入文件并 关闭对话框
覆盖原先的数据来重新启动 模拟
prpplt.*：Preprocessor 图形档记录（#） flsgrf.*：postprocessor 分析结果（#）
Sharp Interface
FLOW-3D 内定单位 为： ① SI（m, Kg, …） ② CGS（cm, g, …） ③ ENGINEERING （英制） ④ Custom(定制)
FLOW3D CGS CGS
Flow-3D介绍
专业流体软件Flow-3D介绍一、Flow-3D软件介绍Flow-3D软件是由美国Flow Science公司研发的三维计算流体动力学和传热分析软件，自1985年正式推出商业版之后，就以其功能强大、简单易用、工程应用性强的特点，逐渐在CFD（计算流体动力学）和传热学领域得到越来越广泛的应用。
目前Flow-3D软件已被广泛应用于水力学、金属铸造业、镀膜、航空航天工业、船舶行业、消费产品、微喷墨头、微机电系统等领域，它对实际工程问题的精确模拟与计算结果的准确性都受到用户的高度赞许。
该软件所具有的功能特点如下：（1）Flow-3D是一套全功能的软件，具有完全整合的图像式使用界面，其功能包括导入几何模型、生成网格、定义边界条件、计算求解和计算结果后处理，也就是说一个软件就能使用者快速地完成从仿真专案设定到结果输出的过程，而不需要其他前后处理软件。
（2）Flow-3D生成网格的技术利用其自带的划分网格的工具，采用可自行定义固定格点的矩形网格区块生成网格，不仅易于生成网格，而且建立的网格与几何图档不存在关连性，因此网格不受几何结构变化的限制。
如图所示。
图1 Flow-3D生成网格技术（3）Flow-3D提供的多网格区块建立技术，使得在对复杂模型生成网格时，在不影响其他计算区域网格数量的前提下，对计算区域的局部网格加密。
多网格区块可采用连接式（Linked）或巢式（Nested）网格区块进行网格建立。
图2 多网格区块建立技术（4）Flow-3D独有的FA VOR TM技术（Fractional Area / V olume Obstacle Representation)，使其所采用的矩形网格也能描述复杂的几何外型，从而可以高效率并且精确地定义几何外型。
图3 FAVOR技术与传统FDM技术的对比（5）Flow-3D采用的独特的计算方法TruVOF®，是经过对VOF技术的进一步改进，能够准确地追踪自由液面的变化情况，使其能够精确地模拟具有自由界面的流动问题，可精确计算动态自由液面的交界聚合与飞溅流动，尤其适合高速高频流动状态的计算模拟。
flow-3d控制方程_解释说明
flow-3d控制方程解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在介绍Flow-3D控制方程的相关知识，包括其基本概念、流体力学基础以及其在流体模拟中的应用。
Flow-3D是一种数值流体力学软件，经过多年的发展和改进，已广泛应用于各个工程领域。
1.2 文章结构文章主要由五个部分组成。
引言部分对文章进行了总体概述，并说明了各部分内容的安排。
接下来是流体力学基础知识部分，介绍了控制方程的概念和Navier-Stokes方程的基本原理，以及流体流动特性相关的背景知识。
然后是Flow-3D简介部分，详细介绍了该软件的概况、功能和应用领域，以及在计算模型和网格划分方法上的特点。
在主要内容中，我们将重点讨论Flow-3D控制方程模型与求解方法，包括其基本模型、数值求解方法和模拟结果验证与误差分析。
最后，在结论与展望部分对全文进行总结，并对未来研究方向进行展望。
1.3 目的本文旨在通过对Flow-3D控制方程的解释和说明，使读者对该软件有更深入的了解。
通过介绍流体力学基础知识和Flow-3D的详细信息，读者将能够更好地理解和应用该软件进行流体模拟，并为相关工程和科研项目提供支持。
此外，本文还旨在促进对Flow-3D控制方程模型与求解方法的研究和探索，以提高流体模拟的准确性和可靠性。
2. 流体力学基础知识：2.1 控制方程概述流体力学是研究流动物质运动的科学。
在流体力学中，控制方程是描述流体运动的基本公式。
它们由基本原理和守恒定律导出，可以用来描述流体中质量、动量和能量随时间和空间的变化规律。
2.2 Navier-Stokes 方程Navier-Stokes 方程是描述不可压缩流体运动的基本方程之一。
它结合了质量守恒方程和动量守恒方程，并考虑了粘性效应。
Navier-Stokes 方程可以表示为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0∂(ρv)/∂t + ∇·(ρvv+P) = μ∇^2v其中，ρ为流体的密度，t为时间，v为速度场，P为压力，μ为黏度。
FLOW3D铸造工艺模拟分析
Analysis Performed
Filling Pattern Air Entrainment Surface Oxide (defect) Concentration Solidification Micro-porosity Thermal Die Cycling Thermal Induced Stresses
开模后的模具温度分布
FLOW-3D®配合德国 Kolbenschmidt Pierburg 开发完成
Audi V8 4.2 liter engine 规格: 重量 – 7 kg (15 lb) 产品公称厚度 – 1.5 mm (0.06
in)
1997年一月开始进行开发 1997年十一月进行试量产
Advanced Materials & Processes, August 2000
FLOW-3D®配合德国 Kolbenschmidt Pierburg 开发完成
Audi V6 engine
1998 优秀设计奖 International Magnesium Association.
利用压铸制程开发完成，不需要 多余的二次加工
重量 - 4.3 kg (10 lb) –只有传统铝合金制品的一半
Intake manifold for the V12 engines
公称厚度 – 1.5 mm (0.06 in).
Twin ignition system Automatic partial cylinder shutdown Anti-lock sensor
引擎规格： 367 hp and 530 Nm torque.
材料 Material
Iron铸铁 Steel铸钢 Aluminum铝合金 Magnesium镁合金 Copper/Bronze 铜合金等
Flow-3D介绍
专业流体软件Flow-3D介绍一、Flow-3D软件介绍Flow-3D软件是由美国Flow Science公司研发的三维计算流体动力学和传热分析软件，自1985年正式推出商业版之后，就以其功能强大、简单易用、工程应用性强的特点，逐渐在CFD（计算流体动力学）和传热学领域得到越来越广泛的应用。
目前Flow-3D软件已被广泛应用于水力学、金属铸造业、镀膜、航空航天工业、船舶行业、消费产品、微喷墨头、微机电系统等领域，它对实际工程问题的精确模拟与计算结果的准确性都受到用户的高度赞许。
该软件所具有的功能特点如下：（1）Flow-3D是一套全功能的软件，具有完全整合的图像式使用界面，其功能包括导入几何模型、生成网格、定义边界条件、计算求解和计算结果后处理，也就是说一个软件就能使用者快速地完成从仿真专案设定到结果输出的过程，而不需要其他前后处理软件。
（2）Flow-3D生成网格的技术利用其自带的划分网格的工具，采用可自行定义固定格点的矩形网格区块生成网格，不仅易于生成网格，而且建立的网格与几何图档不存在关连性，因此网格不受几何结构变化的限制。
如图所示。
图1 Flow-3D生成网格技术（3）Flow-3D提供的多网格区块建立技术，使得在对复杂模型生成网格时，在不影响其他计算区域网格数量的前提下，对计算区域的局部网格加密。
多网格区块可采用连接式（Linked）或巢式（Nested）网格区块进行网格建立。
图2 多网格区块建立技术（4）Flow-3D独有的FA VOR TM技术（Fractional Area / V olume Obstacle Representation)，使其所采用的矩形网格也能描述复杂的几何外型，从而可以高效率并且精确地定义几何外型。
图3 FAVOR技术与传统FDM技术的对比（5）Flow-3D采用的独特的计算方法TruVOF®，是经过对VOF技术的进一步改进，能够准确地追踪自由液面的变化情况，使其能够精确地模拟具有自由界面的流动问题，可精确计算动态自由液面的交界聚合与飞溅流动，尤其适合高速高频流动状态的计算模拟。
FLOW-3D高压铸造培训课程
2.12物理选 项设置
牛顿黏度
紊流 雷诺紊流模型
黏度和紊流
2.12物理选 项设置
• 2.1.3 流体的选项
1
流体选项
选择 ADC12材料
2
选择 单位
4 5
3
模具材料选择 Tools （工具）
Solids Database（材料数据选项）
选择H13
模具材料选择
选择单位
选择边然 后单击
此处293为20℃
初始条件设置
输出时 间间隔
输出设置
时间间隔即时间帧，为输出显示 的动态图片数量。
注：充填是把空的区域填满流体，当 充填满后会自动停止计算，所以按充填百分比输出
输出形式按充 填百分比
输出设置
在数字控制选项中保持所有默认形式， 不需做任何修改。
激活 选项
空区域 空气含量
空气密 度值0.012
2.12物理选 项设置
产品缺 陷追踪
激活缺 陷追踪
氧化物 生成率
2.12物理选 项设置
重力 设置
重力方 向设置
注：工件的坐标系为笛卡尔坐标系， 重力方向根据实际产品压铸时模具在 机床的方向，注意+ -号方向。
2.12物理选 项设置
热传选项
选择First order（一阶 热传的模型）
2.1.3 删除系统默认的网格体积块
删除系统默认 的网格
1
选中块，单击鼠标右键
2
删除网格 块
2.1.4 自动创建网格
把产品视图放在任意一 个视图中
自动创建网格
单击任意 一个视图
1
单击自动 创建网格
图标
2
按住用鼠标左键在
Flow3D官方模拟分析简报
solidus temperature
绝对温度（减去273.15为摄氏温度)
充型温度场分布
填充完成温度场分布情况
solidus temperature
绝对温度（减去273.15为摄氏温度)
结论
该零件在实际生产中，主要遇到的问题是表面水纹，及浇水 处细小沙孔。从填充的模拟结果分析：由于是圆筒状，金属液 在填充过程中回转，流场不顺畅，空气不易排出。从下图速度 场可以看出，高速未出现在内浇口而是在横浇道。说明内浇口 的面积大于横浇道截面积。
建议增加直浇道和横浇道面积，这样进料多，开 始阶段的排气效果会好些，同时利于压力传递，增压 阶段进浇口会打的更实一点。另外尽量降低填充速度， 减少金属液的回转，这样水纹会得到一定的改善。
与我们联系
最终氧化膜分布
表面氧化膜追踪（红色表示氧化膜含量相对较大）
最终氧化膜分布
氧化膜大都留在渣包
速度场
单位： cm/s
速度场
单位： cm/s
Байду номын сангаас
压力场
单位: 达因/厘米2 （1dyn/cm2=0.1Pa ）
压力场
单位: 达因/厘米2 （1dyn/cm2=0.1Pa ）
充型温度场分布
填充完成温度场分布情况
FLOW-3D 压铸模拟实战训练 ----FLOW 3D 9.3
门把手
卷气追踪（红色表示卷气量相对较大）
由于是圆筒状，金属 液在填充过程中回转， 空气不易排出
（局部充型模式）
卷气追踪（红色表示卷气量相对较大）
卷气追踪
最终卷气分布
两边凸台卷气相对比较严重
卷气追踪
最终卷气分布
表面氧化膜追踪（红色表示氧化膜含量相对较大）
04、FLOW_3D V11网格划分
overfilling来自F > 1.0overemptying
F < 0.0
对流体积误差
流体体积和体积误差对时间与空间累积，然后以体积大小与体积误差百分比的形式，保存在仿 真操作界面与flsgrf结果档中.
正的体积误差代表流体体积被移除; 负的则代表外加流体体积至网格单元中.
对流体积误差
一般而言, 整个模拟的体积误差应该控制在: < 1% 不过充填阶段出现暂时较大的体积误差是可以被接受的, 例如在浇注的的 初期由于金属体积的比例很少且可能浇道出现喷溅的现象，都可能导致较 大误差. 产生较大的体积误差通常是因为: •不佳的网格解析度 •不良的压力收敛
1.大部分的时间都可以收敛 2. 快速收敛 3. 收敛失败后，下一时刻还有机会恢复收敛
iterations at a given time step (or cycle) solver message output
t --cycle iter ----- ---22 33 42 51 dtstbl/code ----------delt ---vl -epsi ---cpu --clock -----
time step counter
failure
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• 选择 Open
网格切割注意事项
• • • • 网格切割的层数仅需描述几何外型，不需要生成三层以上的网格（单层 即可）。 建议采用均一尺寸的网格。 以 FAVOR 工具检视网格图档是否能完整描述原始图档。 多网格区块设定可以在网格数量限制下更完整的描述图档。但是网格区 块不宜过多。充填分析建议不需要超过三个（固化分析建议采用一个） 。 一般而言，网格区块最多不宜超过五个。 如果采用多个网格区块，不要在流动复杂的位置做切割（尽可能在流动 单纯的位置进行切割）。 不同网格区块的网格尺寸大小可以不同，但是尽量不要超过两倍。 如果要用多网格区块进行网格建立，尽可能采用 Linked Blocks。
单位 跟踪的接口 自由表面或尖锐的接 口 没有锋利的界面 充填方式文件类型 导师选取项 不压缩 不用帮助 版本选项 流体的数目
模拟单位
填充率
压缩 提供建议 处理器数目
非物质的瞬间 提供建议，并采取行动
模穴填满率
2.4、成形材料选择
• FLOW-3D 内建材料库中，包含了大部分常用的金属材 料。使用者可以直接选用。 • 如果材料库内的材料不足，可以利用新增材料的方式 建立自己的材料；另外，也可以编辑内建之材料。 • FLOW-3D 是一套标准的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics ）软件，因此支持多流体的计算方式。 分析可以载入两种不同的材料以进行两相流分析（铸 造领域不会使用到此部分功能）。
FLOW-3D 內建材料之資訊
FLOW-3D 內建材料之資訊
操作：选择成形材料
選擇材料時必須指定單位
2.5、指定物理量 – 充填模式
• • • • • • • Air Entrainment 卷气 Defect Tracking 缺陷追踪 Density Evaluation 密度变化 Gravity 重力 Heat Transfer 热传 Solidification 固化 Viscosity and turbulence 黏度与紊(wei)流
其他网格格式
• FLOW-3D 也支持由 ANSYS 转出之 Tetra Element 网格 档，不过必须将档案分为两部分，分别是座标档以及 网格关连档。 • 在铸造领域设定时，建议使用者直接以 STL 档作为分 析档案格式。
操作：从前处理器加入 STL 档
加入 STL 档 FLOW-3D 没有限制 STL 档的数量，如 果需要加入多个 STL 档，可以重复加入
Defect Tracking（缺陷追踪）
• 铸件的机械强度与铸造过程中生成的氧化膜、卷气， 以及其他在充填过程中夹杂於固体内之杂质息息相关 。表面追蹤模型（The Surface Defect Tracking model） 會記錄金屬液體與表面空氣接觸的時間以及接觸面， 能夠讓使用者預測金屬氧化膜的生成位置以及集中區 域。
Air Entrainment（卷气)
• 当流体处於自由液面流动时，表面紊流可能会将空气 卷入流体内，这种现象称为卷气（Air Entrainment）。 铸造过程中，卷气可能会造成缩孔的产生，以及铸件 表面或结构上的缺陷。 • 仅开启卷气模型计算时，卷气计算并不会影响到原始 流体的流动模式（卷气量不大），如果卷气量大到足 以影响流场的运动模式，就必须开启 Density Evaluation （密度变化模型） 以考虑卷气量对於流体 密度的变化。前者称为 Passive(被动） 计算；而後者 则是称为 Active （主动）计算。
Multi-Block Meshes
• FLOW-3D 於 V8.0 版之後，推出 Multi-Block Meshes 的设定方式。Multi-Block Meshes 可以适用於各种应用 领域，能够在分析模型中进行局部或整体的网格尺寸 调整，大幅减少分析时所需之内存。 • 网格区块（Mesh Block）不允许局部重叠，仅能完全 相接或者是完全重叠。FLOW-3D 并没有限制仅能采 用 Connected Blocks 或是 Nested Blocks，也没有限制 网格区块的连接方式（连接方式与流体的流动方向无 关）。使用者可以根据实际需求进行调整。
Component Type 物件类别
Solid
Hole
Complement
2.2、网格建立
• 网格基本设定 – Uniform Meshes – Non-Uniform Meshes • 网格建立重点 • Multi-Block Meshes • 操作：建立网格
网格基本设定
• Uniform Meshes
常用指令
Mesh adjustment
以鼠标调整网格大小
步距大小可调整不同的数值
Auto Mesh & Mesh Info
可指定网格总数量，或者是 指定网格尺寸大小
程式会根据指定的条件，在 X,Y,Z 三方向进行网格切割
真实网格数量
以 FAVOR 检视网格建立状况
• 在网格切割完成之後，可以用 FAVOR 检视在现有网 格数量设定下，是否能够完整的描述模型的外型。
Geometry file(s) 几何图档设定
单位转换
变更类型
变更物件单位及 图档类型
实体
孔 组件
Unit 单位
• FLOW-3D 内定单位为 – SI（m, Kg, …） – CGS（cm, g, …） – ENGINEERING（英制） • 由於大部分铸件绘图单位为 mm，因此在 FLOW-3D 读 入图档时建议将单位转换至 CGS 制。 • 1 mm = 0.1 cm，因此单位转换时 Global magnitude 必须 填入 0.1。
• 大部分的 CAD 都支持 STL 格式输出。STL 格式转出 时，实体图档会以三角形面完全包覆，转出格式则包 含三角形的三个点的座标，以及三角形的法线方向。 所有的座标格式均采用直角座标系 (Cartesian coordinate system)。
STL 格式
• STL 档案是以”.stl”为副档名，STL格 式是以近似的外包曲面来代表物体的表 面。STL 档案中包含一序列的面资料， 每一个面资料以一个单位法向量（ Normal vector）以及三个顶点（vertices ）座标来表示。因此是以 12 个数字来 代表一个面。 • STL 档案分为 Ascii 及 Binary 两种格式 ，Ascii 的 STL 档案只是为了让使用者 可以看出其格式并且进行编辑，但是档 案格式较大。由於 FLOW-3D 两种格式 都可以接受，建议生成格式采用 Binary 格式（Binary 格式的 STL 档案较小）。
2.1、FLOW-3D 可接受之图档
• FLOW-3D 接受多种图档及网格格式，可从外部绘图程 式或其他 CAE 前处理器转入。不过在预设的前处理器 中，仅能直接读取 STL 格式。其馀格式必须以文字编 辑器编辑 Prepin 档。 • STL • UNV • Other meshes • 操作
STL（stereolithography ）format
跟踪多余的表面和/或流体气泡缺陷氧 化层生成速率
Defect Tracking 的数据为相对数值，如果 有实验，可以叁考实验数据给定资料 ；也可以给定一正整数，叁考其显示 之位置。
Density Evaluation
• FLOW-3D 内的流体密度可以是其他变数的函数，例如 温度或是固化率。举例而言，计算时可以考虑流体密 度随着流体温度的变化。
Air Entrainment models
开启模型自定义卷气模式 Active:主动;自动 卷气率系数
表面张力系数 空气密度值 填入表面张力系数并不会启动表面张力模型 计算；不过会根据表面张力系数大小计算流 体表面的力平衡，以决定卷入的空气量。 在 Active 模式需要计算空气卷入量对於流 体密度的影响时，才需要填入空气密度值。 一般计算（Passive）不需要填入此数值。
操作：指定分析条件
由於 Finish Time Finish Time 到达时，程式也会停止计算 ；因此将此数值加大，确保程式会以 Fill Fraction 作为 停止条件。
指定分析停止条件 -> Fill Fraction Fill Fraction=1 -> 模穴填满率达 100%才停止
完成时间
• • • •
2.3、分析條件設定
• FLOW-3D 可以指定分析停止的条件。分别是： – Finish Time（指定时间，时间到达时停止） – Fill Fraction（指定充填率，充填率到达指定值时停 止） – Solidified Fluid Fraction（指定固化率，固化率到达 指定值时停止） • Finish Time 为最高判断原则，一旦到达 Finish Time， 程式会强迫停止。 • 一般执行充填仿真时，会选用 Fill Fraction 作为程式判 断条件（在 Finish Time 填入较大的数值）。
• Non-Uniform Meshes
• 使用时机：大部分状况，建议采用 Uniform Meshes。如果是 External Flow 的案例，再利用 Non-Uniform Meshes 减少网格数量
网格建立重点
• 尽量采用 Uniform Meshes 格式。网格的 Aspect Ratios 尽量趋近於 1（正立方体）。Aspect Ratio 建议不要超 过 3.0；如果是采用 Non-Uniform Mesh 格式时，相邻 的网格尺寸比例建议不要超过 1.25。 • 如果分析中包括表面张力计算，在表面区域尽量采用 Uniform Meshes。
第二章、FLOW-3D 铸造 充填分析
FLOW-3D® v9.2
Hale Waihona Puke 目录1. 可接受之图档格式 2. 网格建立 3. 成形條件設定 4. 成形材料选择 5. 指定物理量 – 充填模式 6. 模具材料选择 7. 边界条件定义 8. 初始条件设定 9. 输出资料 10. 数值选项设定 11. 执行第一组分析