三十七、Fluent冰块融化模拟
1. 概念
物质从液态变为固态叫凝固，凝固时要放热。Fluent不仅可以对蒸发-冷凝进行模拟（参见文章十三和文章三十），还可模拟凝固-融化过程。
相较于蒸发-冷凝模型，Fluent中的融化-凝固要简单很多。下面我们以案例进行讲解。
使用限制：
1.只能与基于压力的求解器一起使用；不适用于基于密度的求解器。
2.不能用于可压缩流动。
3.在一般的多相流模型（VOF、Mixture和欧拉）中，只有 VOF 模型可以与凝固/熔化模型一起使用。
2. 模型描述
本例的模型很简单，冰块在高温壁面加热融化，其中底面和右面均为高温壁面，而上面和左面则为绝热壁面。
3. 基本设置
3.1 导入网格：
使用Fluent软件打开Chapter37.msh.gz网格文件，文件在本文末尾链接资源内。
3.2 修改模型尺寸
本案例模型尺寸需要将x和y方向同时缩小100倍，关于scale mesh详细设置查看Chapter31 Fluent空化模型
3.3 求解器设置
基于压力求解器，瞬态设置，勾选重力
4. 设置计算模型
4.1 能量方程
打开能量方程
4.2 湍流模型设置
4.3 融化凝固模型
下图为融化凝固模型的界面，相较于蒸发冷凝模型，非常简单，但是理解起来很有意思。
主要参数：Mushy Zone Constant糊状区常数Amush
糊状区常数Amush表示融化过程流动阻力的大小；该值越高，融化或凝固时速度梯度越大。较大的值可能会导致发散。对于大多数计算，建议值介于10000和10000000之间。Amush就是动量源项的一个系数。
关于融化凝固理论问题，内容较多，下一章会详细讲述。
如果使用了组分输运模型，那么融化凝固模型的界面如下。
主要是考虑了溶液的凝固点和熔点不同的原因（纯物质的熔点和凝固点相同），如下图，因此不能像纯物质那样直接通过温度判断融化状态了。
5. 材料设置
5.1 添加water-l材料
单击Fluent Database，找到water-liquid，点击copy
5.2 修改water材料属性
单击copy后，回到water属性设置界面。单击water后的Edit
Solidus Temperature表示固相线温度，对于纯物质即凝固点，Liquidus Temperature表示熔点，对于纯物质，两者相同。对于冰设置为0℃即可。
Pure Solvent Melting Temperature：融化/凝固相变潜热，对于水-冰系统，值为335000J/kg
理论部分下篇文章会详细介绍。
注：
1. 更改温度单位方法
这里为了方便，我们将温度更改为以摄氏度显示。
单击Units，在Quantities找到温度
Units选择C，表示选择摄氏度。单击New，
保持默认，点击ok即可
2. 若使用了多相流，对于不发生相变的物质如空气，其材料属性也会出现Solidus Temperature等参数，如何设置？
对于没有熔化或凝固的相，必须将潜热Pure Solvent Melting Temperature、液相线温度Liquidus Temperature和固相线温度Solidus Temperature设置为0K
6. 计算域设置
由于没有使用多相流模型，因此需要将两个计算域air和ice都更改为Fluid，材料选择water。
选择air_surface，单击Edit
材料选择water，单击apply即可，对ice_surface进行同样的设置。
7. 边界条件设置
单击heat_wall-air_surface，设置边界条件为wall，设置壁面温度为50℃，单击apply。
使用copy方法对heat_wall-ice_surface和right进行复制边界条件，设置相同边界条件。
单击left，设置边界条件为wall，设置绝热壁面。使用copy，对top边界进行同样设置。
8. 求解方法
8.1 求解方法
8.2 求解控制
保持默认即可
8.3 残差设置
残差设置保持默认即可
9. 初始化
由于需要设置流场温度，因此选择标准初始化
单击Initialize后，点击Patch，对冰区域设置温度，选择Temperature，Value设置为-1℃，Zone to patch选择ice_surface。将冰区域温度设置为-1℃
10. 计算设置
Time Step Size设置为0.0001，时间步设置为1000步，每时间步最大迭代次数设置为20.
11. 后处理
11.1 液相体积分数
由于没有打开多相流，相当于冰块在热水中被加热融化。因此周围液相体积分数为1
11.2 液相体积分数动画
11.3 温度分布
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本来应该放上链接的，但是不知道啥原因，阿里云盘分享不了，百度云盘上传不了，搞了半小时也没成功。因此直接上传的QQ群中了。
