耦合LBM算法對(duì)流環(huán)境下枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬.pdf

1、微觀組織是決定鑄件性能的主要因素，控制鑄件的微觀組織形成也就能控制其力學(xué)性能和使用壽命，因此微觀組織的模擬成為研制合金材料的新途徑，數(shù)值模擬可以減少新材料研制成本和縮短研制周期，還可以為優(yōu)化鑄件性能提供依據(jù)。相場(chǎng)法可以和其他外場(chǎng)耦合，如溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和流場(chǎng)等，在計(jì)算機(jī)上比較真實(shí)的再現(xiàn)凝固過(guò)程。
　　 在凝固過(guò)程中，溫度、質(zhì)量和動(dòng)量傳輸?shù)纫蛩赜绊懥酥L(zhǎng)，過(guò)冷熔體的強(qiáng)迫對(duì)流直接制約著上述因素，因此，研究強(qiáng)迫對(duì)流作用下枝晶生長(zhǎng)，對(duì)

2、深入理解枝晶凝固過(guò)程的影響機(jī)制有著重要的科學(xué)和工程意義。
　　 本文將模擬枝晶生長(zhǎng)純擴(kuò)散相場(chǎng)模擬與高效計(jì)算溶質(zhì)傳輸?shù)腖attice Boltzmann方法(LBM)模型相耦合，構(gòu)造了相場(chǎng)-格子波爾茲曼二維傳輸模型(PF-LBM)，該模型描述了在強(qiáng)迫對(duì)流時(shí)，過(guò)冷熔體流動(dòng)對(duì)等溫凝固過(guò)程微觀組織演化的影響。基于新建立的PF-LBM模型，以Al-4.5％Cu（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）二元合金為模擬對(duì)象，研究了等溫條件下強(qiáng)迫對(duì)流時(shí)，過(guò)冷熔體流動(dòng)對(duì)單個(gè)枝

3、晶生長(zhǎng)形貌的影響。分析了流速和粘度對(duì)迎流方向、下游方向和垂直流動(dòng)方向枝晶生長(zhǎng)速度的影響，結(jié)果表明:在純?nèi)苜|(zhì)擴(kuò)散時(shí)，枝晶的生長(zhǎng)形貌呈現(xiàn)對(duì)稱;但在對(duì)流情況時(shí)，熔體的流動(dòng)破壞了溶質(zhì)的分布，枝晶的尖端生長(zhǎng)在迎游方向的速度大于純擴(kuò)散時(shí)的速度，而在下游方向枝晶生長(zhǎng)受到抑制，形成了與純?nèi)苜|(zhì)擴(kuò)散時(shí)不一樣的非對(duì)稱的枝晶生長(zhǎng)形貌。當(dāng)流動(dòng)速度增大，粘度減小時(shí)，下游會(huì)出現(xiàn)漩渦，下游枝晶生長(zhǎng)形貌發(fā)生了變化。
　　 最后，將本文建立的PF-LBM模型和傳統(tǒng)