基于LBM算法耦合流場的枝晶相場模型.pdf

1、微觀組織決定了鑄件的宏觀性能，掌握研究和控制鑄件的微觀組織形成也就能控制其力學(xué)性能和使用壽命，微觀組織的模擬成為研制合金材料的新途徑，數(shù)值模擬可以減少新材料研制成本和縮短研制周期，還可以為優(yōu)化鑄件性能提供依據(jù)。相場法可以和其他外場耦合，如溫度場、濃度場和流場等，在計算機上比較真實的再現(xiàn)凝固過程。
　　在凝固過程中，溫度、質(zhì)量和動量傳輸?shù)纫蛩赜绊懥酥L，過冷熔體中的對流對凝固中的傳輸有直接的影響。研究強迫對流和自然作用下枝晶生長

2、，對深入理解枝晶凝固過程的影響機制有著重要的科學(xué)和工程意義。
　　本文將模擬枝晶生長純擴散相場模擬與高效計算流體運動的LatticeBoltzmann方法(LBM)模型相耦合，構(gòu)造了相場-格子波爾茲曼二維傳輸模型(PF-LBM)，該模型描述了在強迫對流時，過冷熔體流動對等溫凝固過程微觀組織演化的影響?；诮⒌腜F-LBM模型，以Al-4.5％Cu（質(zhì)量分數(shù)）二元合金為模擬對象，模擬研究了枝晶在不同的流動條件不同各向異性及不同的初

3、始成分對二元合金單枝晶生長的影響。結(jié)果表明:在純?nèi)苜|(zhì)擴散時，枝晶的生長形貌呈現(xiàn)對稱;但在強迫對流情況時，熔體的流動破壞了溶質(zhì)的分布，枝晶的尖端生長在迎游方向的速度大于純擴散時的速度，而在下游方向枝晶生長受到抑制，形成了與純?nèi)苜|(zhì)擴散時不一樣的非對稱的枝晶生長形貌。同時枝晶的生長改變了液態(tài)金屬間流動的壓力方向，當流動速度增大時下游會出現(xiàn)漩渦，使下游枝晶生長的速度增加。各向異性系數(shù)增大時，各向主枝及側(cè)向分支都逐漸變細，當各向異性增大到0.08