對流作用下枝晶生長規(guī)律的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著計算機技術的飛速發(fā)展，凝固過程的微觀數(shù)值模擬已成為當前材料科學領域的研究熱點。通過數(shù)值模擬，人們可以優(yōu)化鑄造工藝，提高鑄件質(zhì)量，具有重要的實際應用價值。本論文針對鑄造過程數(shù)值模擬的重要組成部分-凝固過程中有對流作用下顯微組織的演變開展模擬研究，完成的主要工作如下： 本文首先基于原有的單松弛Lattice Boltzmann方法(LBM)計算流場的程序，修正了邊界條件，使之適用于能耦合晶體生長的流場數(shù)值模擬。隨后開發(fā)了單松弛L

2、BM計算濃度場的程序，并將其與計算流場的LBM程序相耦合。在此基礎上將計算流場和濃度場的LBM與模擬枝晶生長的cellularautomaton模型相耦合，建立了適用于在對流作用下合金凝固過程中枝晶生長模擬的CA-LBM耦合模型和程序。 應用耦合的CA-LBM程序對Al-Cu合金在純擴散和存在對流條件下的單枝晶和多枝晶的生長規(guī)律進行了模擬研究，分析了流場強度和合金成分對枝晶形貌的影響。結果表明，新發(fā)展的CA-LBM耦合模型可成功

3、地對純擴散和存在對流條件下的不同擇優(yōu)取向的單枝晶和多枝晶的形貌演變過程進行模擬。在純擴散條件下，枝晶呈對稱生長。存在對流時，枝晶的生長在上游方向得到促進，而在下游方向受到抑制，形成了非對稱的枝晶生長形貌。隨流場強度增強，上游方向的枝晶長得更加粗壯，而下游方向枝晶的生長受到了更強烈地抑制。隨溶質(zhì)成分增加，促進了二次枝晶臂的生長。為了進一步定量研究流動對枝晶生長的影響，我們將有、無對流情況下枝晶尖端的濃度和生長速度隨時間的變化進行了測定和對