先說流場、溫度場、凝固是不是應該一起計算。
首先一般是要考慮凝固的，因爲有凝固坯殼後，對計算域內的流動是有一定的影響的。考慮凝固坯殼的形成重點是對凝固坯殼移動的處理，因爲如果不考慮坯殼隨着拉速的移動，就會出現坯殼靜止的冷卻過程，計算到最後是結晶器內部鋼液完全凝固，而後面二冷區內鋼液溫度仍然較高，這和實際情況是不同的。可以採用fluent中有pull velocity來設置凝固後的坯殼隨着拉速的移動，要重點注意patch格式的理解，保證patch是有效且正確的。可以這麼說，如果要計算溫度，就必須考慮坯殼，考慮坯殼的潛熱、凝固後被拉出計算域。如果只計算流場，可以忽略坯殼。所以，如果計算溫度的話，必須考慮坯殼的影響，並且這個過程必須用非穩態來計算，不能用穩態計算。而且從水口進入的鋼水使得結晶器內的流動很複雜，要求計算的時間步要很小，否則極易發散。並且，即使是在計算溫度場的時候關閉了流場，已經存在的流場還是會對溫度場的計算造成影響的。所以計算過程是：
- 計算鋼液不是從水口進入，而是從彎月面進入，得到一個比較穩定的流場，這個的目的主要是爲了後面溫度計算時時間步可以大一點；這個用穩態計算。
- 流場收斂後，關閉流場，開啓溫度場，開啓凝固融化模型，要記得給pull velocity，很重要，如果是直的結晶器直接就是和出口一樣的方向，如果是弧形或者整個鑄坯，就在最後鑄坯拉出的方向上給patch 一個pull velocity。其他表面還是靜止的wall，不用設置移動。這個用非穩態計算，很重要。總的時間是根據拉速和鑄坯長度估計。
- 溫度場、坯殼計算好後。可以關閉溫度場，在開啓從水口進入的流動，計算有坯殼的流場，用穩態計算。到此就完成了流場和溫度場的計算。
- 但是有個問題，就是水口對流場的影響，流場又對溫度場有影響，在上面的計算中沒有體現，因爲在3中並沒有同時計算流場和溫度場，只是在溫度場計算後獲得的坯殼的基礎上計算了流場，沒有考慮注流向兩側坯殼的衝擊，導致兩側溫度升高，坯殼減薄，因此這種計算方法得到的坯殼厚度是從彎月面向下逐漸增厚，並沒有出現衝擊區域的坯殼減薄。解決方法是在最後同時開啓流場、溫度場、用非穩態計算進行耦合，研究水口對流場、溫度場的影響。
這些過程可以結合對jou腳本文件的理解，寫成一個jou腳本文件，一次進行所有的計算設置就可以了。在寫jou腳本文件之前，首先在fluent中，定義水口入口爲速度入口的邊界條件，定義彎月面爲速度入口的邊界條件，patch pull velocity，定義非穩態計算的時間步。定義好邊界條件後，調整爲步驟1計算所需的模式，由於公司的高性能計算平臺不支持斷點續算，因爲沒有辦法在完成一個計算步驟後，對cas文件進行修改然後上傳計算下一步，因此要求在最開始的jou腳本文件中對穩態/非穩態、邊界條件的切換和定義、時間步的調整進行控制，具體可以參考jou文件。
具體過程如下：
- 造型與網格劃分
如果是自己建立模型，和一般的數值模擬的過程是相同的。如果有CAD的二位圖紙，可以導入到ProE中，拉伸生成鑄坯三維，然後在畫水口就可以了，這樣的優勢是可以保留彎曲和矯直的細節。
關於CAD怎麼導入到ProE中，可以將CAD文件保存爲dxf格式，然後打開ProE，在草繪模塊下---插入----數據來自文件----文件系統----找到位置。
- 簡化流場的計算
在計算過程中，由於直接將凝固殼與連鑄坯流場耦合計算時即使將網格劃分較小，其結果仍然發散，因此在計算過程中首先對連鑄坯的凝固殼進行計算，計算方式如下：首先假設鋼液從彎月面加入，在凝固殼的計算過程中，忽略從水口進入的注流對凝固殼的影響。在計算過程中首先將流場加入到彎月面上，在初始化後凍結溫度場的計算，然後穩態方式進行流場計算。其具體設置見文件夾《流場從彎月面加入》。
從彎月面加入的流場速度爲下式所示。
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1 |
式中，vmeniscus是彎月面處加入的流場速度；vc是連鑄機拉坯速度；Sc是連鑄坯斷面面積；Smeniscus是彎月面的面積。
- 簡化凝固殼的計算
在“鋼液從彎月面加入”這一步計算完成後，凍結流場計算，採用非穩態方式計算凝固殼。時間步長可以設置0.1~0.2，一般以0.1爲佳，計算步數一般採用下式進行估計。具體設置見文件夾《凝固殼計算》。
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在計算完成後會得到如文件夾《凝固殼計算》中的結果
- 準真實流場的計算
在得到穩定的凝固殼以後，凍結溫度場計算，將流場加入到水口處，將彎月面的邊界條件設置爲wall，然後採用穩態的方式進行流場計算。具體設置和結果見文件《夾雜物計算結果》。
- 夾雜物計算
在得到穩定的流場後進行夾雜物計算，在DPM模型的injection面中選擇group類型，可以控制粒子數量，便於後續的上浮率的統計，並且保證定義的粒子進入區域在水口內部。在計算過程中設置多個標記面，標記面的定義是在沿着鑄坯方向間隔一定的距離定義一個plane，要儘量保證plane是和垂直於拉坯方向的，記錄夾雜物在標記面上的通過狀況。計算設置如圖1所示。計算結果見文件夾《夾雜物計算結果》。
Injection面設置
圖1 夾雜物計算示意
- 夾雜物處理說明
在夾雜物運動過程中，由於一些夾雜物會做迴旋運動，因此在一些標記面上標記的夾雜物是重複的，因此需要將這些重複的夾雜物去除，其處理後的結果見文件夾《處理後標記面上的結果》。
然後考慮夾雜物被凝固坯殼捕捉時凝固殼的固相分數得到夾雜物被捕捉的溫度Ttrapped，然後去除溫度高於Ttrapped的夾雜物，說明當時粒子經過的區域爲液相，不能被捕獲，而溫度低的可以被捕獲，由於從fluent中輸出的是各個面的實際座標位置，並不能直接進行疊加，需要首先進行左邊的映射轉換，這個過程通過幾何關係完成，然後將各個標記面上的夾雜物整合到一起，這時可以採用origin進行畫圖，也可採用文件夾《圖片處理》中matlab文件gang0進行處理，即可得到夾雜物在連鑄坯內的概率分佈的等值線雲圖。同時，如果爲了顯示結果更加美觀，可以採用surfer進行後處理。
- 公司高性能平臺使用說明
使用前需要先聯繫CAE的張瑤，獲得賬號纔可以計算。
網址：http://10.64.11.110:9016/servlet/ShowQueue?state=801
1、新建project，其中的billing選擇CAE
2、其中solver中有多個軟件，fluent有MPI和SMP兩種並行模式，建議選SMP。由於fluent正版限制，CPU個數最多可以選擇8個，超過8個就會license error。
3、上傳計算文件，保證計算cas和jou文件在一個文件夾中，並且壓縮成zip的壓縮包上傳。上傳後平臺自動解壓，然後定義cas文件爲M文件，定義jou文件爲J文件。提交就可以計算。計算過程中可以點開log文件查看計算過程。
- 高性能平臺計算用jou文件
/file/read-case 設置讀入case，或者mesh，可以自己錄製這個命令。
CC-steady.cas cas的名字
/file/auto-save/data-frequency/500 設置500次保存一次data，頁可以對cas保存進行設置
/solve/initialize/initialize-flow 初始化
/solve/patchfluid () y-pull-velocity 0.01166 對PULL速度初始化，一定要有名字，這裏是fluid
/solve/iterate 3002 穩態方式計算3002次，
/define/models/unsteady-1st-order? y 改爲非穩態計算
/solve/set/equations/flow no 關閉流場
/solve/set/equations/ke no 關閉流場
/solve/set/equations/temperature yes 開啓溫度場
/solve/set/time-step 0.001 時間步長0.001
/solve/dual-time-iterate
2000 計算2000個時間步
20 每個時間步內最多20次計算
/solve/set/time-step 0.005 修改時間步長爲0.005
/solve/dual-time-iterate
20000
20
/solve/set/time-step 0.01
/solve/dual-time-iterate
20000
20
/solve/set/time-step 0.05
/solve/dual-time-iterate
20000
20
/define/models/steady? y 在改回來，改成穩態計算
/define/boundary-conditions/zone-type up wall 對邊界條件的修改，up是名字，wall是類型
/define/boundary-conditions/zone-type in velocity-inlet 把in改成速度入口
/define/boundary-conditions/velocity-inlet in no no yes yes no 1.869 no 0. no 1825. no no no yes 5. 1.修改類型後，對速度入口進行定義，中間有很多空格，是固定的格式，可以在fluent中先用TUI模式錄下jou文件，然後根據需要去改正。
/solve/set/equations/flow yes 開啓流場
/solve/set/equations/ke yes 開啓流場
/solve/set/equations/temperature no 關閉溫度
/solve/iterate 5000 穩態計算5000次
/file/write-case-data 這是最後了，保存cas和data
/file/confirm-overwrite no 需要注意，問是否覆蓋，就覆蓋吧，
!chmod +x cleanup*.sh 下面這幾行是固定的，不需要管。
!./cleanup*.sh 或者是因爲公司是服務器的原因纔有的，刪除試試也行。可能個人PC就不用這幾句。
!rm -f cleanup*.sh
exit
- jou文件在後處理中的一些應用拓展
一般的計算多是平行的計算，通過改變某個量的值，觀察結果的變化，從而找到最優的取值範圍，因此在後處理的時候就會出現很多重複的步驟，這樣可以通過錄制jou文件，對一系列的結果進行處理，提高工作效率；同時，爲了方便後處理的結果具有好的對比性，往往需要統一標尺、放大比例等操作，這個過程也可以錄製到jou文件中，可以保證後處理保存的圖片的一致性，方便對結果的分析。