连铸模拟原理

Pro-CASTTM用户培训手册（连铸）博骞仿真工程科技（广州）有限公司ZhongGuo ESI Co.LtdDate/Place:2007/北京Authors:马军贤Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 1 连铸本手册将一步一步的为您演示ProCAST中关于连铸的设置连铸模型通过两种方式模拟：稳态模拟（固定模型，固态金属以铸造速度穿过模型区域）非稳态模拟（瞬态模拟）（模型随铸造过程延伸，该区域延伸采用MiLE算法-Mixed lagrangian-Eulerian）注：DC casting（direct-chill casting）直接冷凝铸造，包含在连续铸造这个概念中。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 2 基本原理稳态模拟可以模拟竖直、曲线、薄带铸造工艺，可以计算热、热流动耦合。两种模拟都要采用固体传输设置（其值等于铸造速度）只计算热的模拟，固态和液态的传输速度都等于铸造速度。为了达到稳态（温度不再随时间变化），根据初始温度进行虚拟非稳态计算。达到稳态之前的温度变化是没有任何意义的，所以不能使用稳态方法进行热-应力耦合计算，而必须采用MiLE算法。同理，使用稳态算法也不能模拟连铸的初始状态，但可以使用MiLE算法。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

3 基本原理非稳态模拟首先，铸件被分为两个部分（1、2），连铸开始后，2向下移动（1保持不变），要保持连续必须在1、2之间加入3，在铸造过程中不断有新的单元层在1、3之间产生。如图所示，不同区域采用不同算法：Lagrangian、Eulerian Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

4 基本原理非稳态模拟在1、2之间设置多层厚度为0的网格，随着铸造过程逐渐展开。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

5 基本原理非稳态模拟在折叠区，MiLE能够计算得到连续的温度、凝固率、速度、压力场。采用传输设置，折叠区及其下区域同时向下移动。MiLE算法只能模拟竖直连铸，不能模拟曲线、薄带。但可以完全耦合热-流动-应力。唯一的限制就是：固相不能穿过折叠面，可以通过设置非平面折叠面来避免该情况的发生。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

6 -稳态设置稳态模拟设置首先建立足够长的模型。在连铸过程中有固体传输，要设置Solid translate来定义。如图所示红色区域为固态，它的传输速度等于铸造速度。如果激活流场，则自动计算流体区（黄色）的热交换，糊状区（桔黄色）采用混合的固态、液态传输。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

7 稳态设置-温度场温度场计算。1、在入口设置固定的温度边界条件。2、在出口设置绝热（热流率为0）边界条件。3、在铸件和模具之间设置热交换系数（同其他铸造）。4、在铸件外表面设置散热条件（同其他铸造）。5、在Process-〉Assign V olume设置铸件的固态传输。6、定义初始温度，但这些并不影响最终稳态计算。铸件采用入口温度，模具采用冷却介质温度。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

8 稳态设置-温度场如图所示，为铸件温度场的变化过程，最后为稳定态的温度场，这也是我们所关心的，其他中间过程都可以不必考虑。以初始温度场虚拟计算开始，直到达到稳定状态。如图所示，铸件和模具的温度曲线，大约150s时达到稳定，即温度不在变化。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved.

9 稳态设置-流场耦合设置铸件外表面为Wall（速度为0）。如果铸件-模具为非连续网格界面，该面也需要设置为Wall。（注：大平面为对称面）在温度场的基础上添加入口、出口速度。如果入口处没有喷嘴，或入口面积等于铸件横截面。则速度等于铸造速度及固态传输速度。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 10 稳态设置-流场耦合设置压力边界条件，选择入口处的一个节点，设置压力为1Bar。设置run parameter中的Flow1，LVSURF 1（例如1.1），PREF 等于前面设置的压力边界条件（1Bar）Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 11 稳态设置-流场耦合-nozzle设置浇口速度，等效铸造速度（铸造速度乘以面积比）上表面其他节点设置为Wall 在浇口上设置压力边界条件Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 12 稳态设置-流场耦合-曲线（薄带）在入口、出口、外表面设置速度边界条件，该速度是沿着曲线的，所以必须采用User function来定义。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 13 稳态设置-流场耦合-曲线（薄带）Copy文件“prefix_vximposed.c”“prefix_vyimposed.c”到当前工作路径。如图所示分别编辑文件。

Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 14 稳态设置-流场耦合-曲线（薄带）Copy文件“prefix_vxsolidtransport .c”“prefix_vysolidtransport.c”到当前工作路径。如图所示分别编辑文件。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 15 Steady StateSteady state - Curved Velocity BC and Solid transport : user functions Y X θRX2Y2 VxVsin θVyVcos θV casting speed Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 16 转动速度公式Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 17 函数编辑real omega //定义角速度real vxx //定义线速度的x分量real Angle //定义夹角real Radius //定义半径real x_cy_c //定义中心坐标omega2.5 //给角速度付值x_c0.09 //y_c0.09 //给中心坐标付值x_coorx_coor-x_c //y_coory_coor-y_c //中心坐标移动到原点Radiussqrtx_coorx_coory_coory_coor//求半径Angleatany_coor/x_coor //求夹角vxxRadiusomegafabssinAngle //求线速度的x分量return vxx //返回vxx值付给该函数Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 18 稳态设置-流场耦合-曲线（薄带）同样的，对于所有的流场计算都要在浇口顶部设置压力条件。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 19 连铸模拟小结对于温度场计算，热、流动耦合计算，都要计算非稳态过程。达到稳态后者所用的计算时间比前者要多很多。例如：实际50s达到稳态，前者需要60step，而后者需要170step。一般先计算温度场，达到稳定态，然后提取稳态温度场作为初始条件进行耦合计算，这样达到稳态的时间会少很多。带浇口的模型一定要注意，入口速度，并且在整个浇口面设置强制温度，在后面的偶合计算时要去除。Copyright ESI Group 2006. All rights reserved. 20