本节在8.2节电弧流体力学模拟的基础上，以一个稍复杂的等离子-MIG 复合焊接例子[3]对熔池的流体力学模拟进行说明。
8.4.1 问题描述
等离子-MIG复合焊接系统由等离子弧焊与MIG焊组成，其计算区域如图 8-20所示，复合焊采用旁轴式设计，等离子弧焊在焊接方向的前方，MIG焊电极在焊接方向的后方。等离子弧焊喷嘴孔径为3mm，钨极内缩量为3mm，钨极直径为 2.4mm，电极锥角为9°。
MIG焊焊丝直径为1.2mm，钨极轴线与焊丝轴线夹角为 25°，等离子弧焊喷嘴距工件表面的距离为4mm。工件厚度为 12mm,材料为低碳钢 S355J2W。
图8-20等离子-MIG 复合电弧-熔池统一模型
焊接参数:等离子电流180A，MIG电流200A，等离子气流量6L/min，保护气流量 28L/min，工件厚度12mm。对焊接熔池进行流体力学计算。
8.4.2 问题分析
在此问题中，模型不再具有轴对称性，因此应建立三维计算模型，模型整体沿等离子弧焊钨极与 MIG 焊电极所在平面对称，可对整体模型的 1/2 进行建模。模型中包含两个计算域--流体域与固体域,需要增加熔化-凝固模型计算焊接熔池的形成。
凝固熔化模型是在设定的温度下发生凝固行为或熔化行为的模型，当温度高于设定值时，流体内部会出现流体的流动现象。软件内部采用Enthalpy-Porosity(焓-多孔度)功能来对流体的熔化和凝固进行模拟。运用多孔部分来表示熔化部分所占的份额，在多孔部分中完全熔化的流体区域的多孔度为1，在固体区域的多孔度为0，在糊状区域的多孔度为0~1。在熔化过程中，多孔度从0上升至1:而在凝固过程中，多孔度从1降低到0;该模型通过在动量方程中添加源项S来描述糊状区域流动的状态，S由下式给出：
式中，,f1——液相体积分数，假定液相体积分数随温度呈线性变化，如式所示
式中，Ts——固相线温度;
T1——液相线温度。
整体计算思路是，先计算三维稳态复合电弧，达到收敛后加入工件区域继续计算，得到三维稳态熔池。其中电弧计算过程与8.2节类似，这里主要介绍复合焊熔池模拟部分。
（内容、图片来源：《焊接过程数值模拟》一书，侵删）
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