溫度場下枝晶生長的相場法模擬.pdf

1、凝固過程對材料的性能有著重要的影響，隨著計算機技術的發(fā)展，越來越多的研究人員致力于凝固微觀組織的數(shù)值模擬研究。相場方法是目前微觀組織模擬方法中最重要的方法之一，它可以有效地克服固/液界面的跟蹤，并且通過相場與溫度場、對流場等多場的耦合，來真實地描述微觀組織的凝固過程。研究發(fā)現(xiàn)，影響材料性能的因素不僅取決于晶粒的大小，也取決于晶粒的形貌特征。枝晶是凝固過程中常見的微觀組織形態(tài)，所以模擬枝晶的生長形成過程及形貌特征有利于凝固微觀組織的進一步

2、研究和探索，使材料的性能得到更好地控制。為此，本文采用相場法來模擬溫度場下枝晶生長的過程，并對其形貌特征及演化規(guī)律進行了討論。
　　本文首先對相場的相關理論進行了研究，從熵增原理出發(fā)，對相場模型進行推導。在此基礎又引入了各向異性，建立了溫度場下枝晶生長的相場模型。并采用有限差分法對相場模型中的相場控制方程和溫度場方程進行離散和計算。
　　利用上述相場模型和數(shù)值計算方法對凝固過程中的枝晶生長進行模擬，并通過改變相場參數(shù)，即空間

3、步長、過冷度和各向異性強度三方面來研究和討論它們對枝晶生長過程的影響。結論如下：
　　第一，空間步長，即網(wǎng)格精度不僅影響著模擬速度的快慢，同時還對枝晶的形貌產(chǎn)生影響?？臻g步長越大，計算機的運算量越小，枝晶生長的模擬速度越快，形貌尖銳粗糙；空間步長越小，雖然計算量大大提高了，影響了枝晶生長的模擬速度，但是其形貌更加平滑圓潤。
　　第二，過冷度是凝固過程的驅(qū)動力，它的大小對枝晶生長起著關鍵的作用。過冷度越大，凝固結晶的速度越快，