湍流作用下合金枝晶生長的相場法模擬.pdf

1、鑄件凝固過程中形成的微觀組織形貌特征強烈影響鑄件力學性能和使用壽命。深刻了解和掌握金屬熔體流動對枝晶生長的影響規(guī)律可以對鑄件的性能進行有效預測和控制。
　　相場法能夠研究平衡狀態(tài)下微觀組織的生長演變過程，避免跟蹤復雜固液界面。將相場與流場、溶質(zhì)場和溫度場等其它外場耦合，可以定性地模擬界面波動、過冷度、各向異性和動力學效應等因素對枝晶生長的影響。
　　本文基于改進的KKS模型，將湍流流動控制方程組耦合到相場模型中，模擬湍流作用

2、下Al-2.5％Cu合金等溫凝固過程中金屬熔體流動、過冷度等因素對枝晶生長形貌和溶度場分布的影響。在建立相場模型時忽略凝固過程溫度的變化；在計算相場模型時采用Simple算法求解動量和連續(xù)方程，采用顯式差分法求解相場、溶質(zhì)場和k-ε方程；編制VC++程序求解離散方程；利用Origin軟件對得到的數(shù)據(jù)進行可視化處理并對得到的結(jié)果進行分析。
　　通過模擬研究，取得了以下主要結(jié)論：湍流的存在嚴重影響合金凝固過程枝晶的生長形貌和溶質(zhì)場分布

3、。湍流帶來的渦旋引起凝固界面波動，誘發(fā)枝晶側(cè)向分枝的生長。各向異性能夠放大擾動的效果，約束枝晶尖端的自由生長，促進枝晶生長。在湍流作用下，枝晶的對稱性形貌遭到破壞，枝晶上游的枝晶生長速度加快，液相溶質(zhì)濃度降低，枝晶尖端曲率半徑減小；枝晶下游方向枝晶生長受到抑制，液相溶質(zhì)濃度升高，一次枝晶臂尖端曲率半徑增大。流速越大，枝晶上游方向的枝晶生長速度越快，二次枝晶數(shù)目越多，形貌越發(fā)達，尖端曲率半徑越小，固液界面溶質(zhì)擴散層越薄，液相溶質(zhì)濃度越低，