本教程演示利用STAR CCM 中的磁流体模型模拟励磁线圈对熔化金属的电磁搅拌。
1 问题描述
熔化的金属被装在一个圆柱形的钢包里,钢包周围环绕着励磁线圈。流经线圈的电流会产生洛伦兹力作用在导电液体上,从而搅动金属。考虑问题具有轴对称性,因此本案例采用二维模型进行计算。
2 STAR CCM 设置
- 启动STAR CCM 并新建Simulation
- 利用菜单File > Load...加载仿真文件electromagneticStirring_start.sim
计算网格如下图所示。
2.1 定义激励线圈物理模型
- 右键选择模型树节点,点击弹出菜单项Rename… 修改节点名称为Coils
- 选择以下物理模型
- Axisymmetric
- Steady
- Solid
- Electromagnetism
- Harmonic Balance FV Transverse Magnetic Potential
- Excitation Coil
选择完毕的模型对话框如下图所示。
- 选中节点Regions > Coils > Physics Values > Electric Current Density Magnitude > Ampere Turn ,设置其参数 Number of Turns 5 ,表示线圈一共有5匝
2.2 定义液态金属
- 右键选择模型树节点Continua ,点击弹出菜单项New → Physics Continuum 创建节点Liquid
- 选择以下物理模型
- Axisymmetric
- Steady
- Liquid
- Segregated Flow
- Constant Density
- Laminar
- Electromagnetism
- Harmonic Balance FV Transverse Magnetic Potential
- Two-Way Coupled MHD
- 取消选择自动被选中的选项Eddy Current Suppression
选择完毕的模型对话框如下图所示。
- 鼠标双击模型树节点Continua > Liquid > Models > Liquid > H2O > Material Properties 打开设置对话框,如下图所示设置材料介质参数,注意需要设置电导率
- 如下图所示,指定区域 Lable 的 Physics Continuum 为Liquid
2.3 定义环境
- 如下图所示创建新的Continua节点,修改其名称为Void
- 定义以下物理模型
- Axisymmetric
- Steady
- Solid
- Electromagnetism
- Harmonic Balance FV Transverse Magnetic Potential
选择完毕后的模型对话框如下图所示。
- 指定区域 Void 的Physics Continuum为Void
- 选择节点Void > Boundaries > Outer > Physics Conditions > Magnetic Vector Potential Specification ,指定 Method 为Magnetic Vector Potential Z
2.4 准备后处理对象
- 创建一个vector场景,命名为Lorentz Force ,按下图所示设置参数
- 创建Scalar场景,命名为Lorentz Force [i] ,如下图所示设置参数
- 创建vector scene,命名为Magnetic Flux Density
- 选择节点Magnetic Flux Density > Vector 1 > Vector Field ,设置Function为Magnetic Flux Density > Magnetic Flux Density Real
- 创建vector scence,命名为Fluid Velocity ,如下图所示设置参数
2.5 求解计算
- 选中模型树节点Solver > Segregated Flow ,激活属性参数Enable Enhanced Stability Treatment
3 计算结果
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