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(xué)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(jìn)行有效預(yù)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(fù)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(xué)效應(yīng)等因素對枝晶生長的影響。
　　本文基于改進(jìn)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(jìn)行可視化處理并對得到的結(jié)果進(jìn)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(yán)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(jìn)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??；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(dá)，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，