相場(chǎng)法模擬強(qiáng)迫層流對(duì)凝固微觀組織的影響.pdf

1、凝固過程中，過冷熔體強(qiáng)迫層流影響熱量傳輸、質(zhì)量傳輸和動(dòng)量傳輸過程。為了更客觀地再現(xiàn)凝固微觀組織演化過程，研究強(qiáng)迫層流對(duì)枝晶凝固過程的影響機(jī)制。采用相場(chǎng)法，將描述枝晶生長(zhǎng)過程的純擴(kuò)散相場(chǎng)模型(Phase Field Model)與可高效求解流動(dòng)方程的自適應(yīng)壓力迭代修正Sola算法結(jié)合，建立了描述過冷熔體強(qiáng)迫層流對(duì)非等溫凝固過程微觀組織演化影響的新模型：Sola-Phase Field Model(S-PFM)。
　　 基于新建立的

2、S-PFM模型，以高純丁二腈為模擬對(duì)象，考慮了結(jié)晶潛熱和熱擾動(dòng)影響因素，研究了非等溫條件下過冷熔體強(qiáng)迫層流對(duì)單個(gè)枝晶形貌和溫度場(chǎng)的影響。分析了強(qiáng)迫層流速度對(duì)迎流方向、逆流方向、和垂直流動(dòng)方向枝晶（后文簡(jiǎn)稱：垂流方向枝晶）尖端生長(zhǎng)速度的影響，模擬結(jié)果表明，熔體流動(dòng)打破了等軸晶形貌對(duì)稱性；與熔體無流動(dòng)相比，迎流方向枝晶尖端生長(zhǎng)速度增大，枝晶尖端曲率半徑也增大。而且，熔體流入速度越大，迎流方向枝晶尖端生長(zhǎng)速度越大，并且，模擬區(qū)域單個(gè)枝晶固相率

3、越高。逆流方向枝晶尖端生長(zhǎng)速度不穩(wěn)定，當(dāng)熔體流動(dòng)速度增大或枝晶尺寸變得足夠大時(shí)，在枝晶下游方向出現(xiàn)漩渦。
　　 基于S-PFM模型，采用自行設(shè)計(jì)的隨機(jī)格子法，模擬對(duì)比了熔體強(qiáng)迫層流對(duì)多個(gè)枝晶生長(zhǎng)的影響。模擬結(jié)果表明，S-PFM模型與隨機(jī)格子法結(jié)合，可以有效地模擬強(qiáng)迫層流對(duì)多晶粒生長(zhǎng)過程的影響；對(duì)比熔體有流動(dòng)和無流動(dòng)時(shí)候的枝晶形貌發(fā)現(xiàn)，熔體有流動(dòng)時(shí)候，二次枝晶臂向上游方向呈現(xiàn)“一邊倒”的生長(zhǎng)趨勢(shì)。并且，固相率較低時(shí)，固相率與熔體層