偏晶合金液相分離過程的格子Boltzmann方法數(shù)值模擬.pdf

1、偏晶合金的液.液相分離過程是影響偏晶合金最終凝固組織的重要因素，僅通過實驗手段研究液-液相分離過程及其影響因素比較困難。隨著計算機技術的發(fā)展，人們可以通過數(shù)值模擬方法對偏晶合金凝同過程中的微觀組織演化規(guī)律進行預測，為通過工藝控制來改善偏晶合金的凝固組織提供依據(jù)。本論文主要針對偏晶合金的液-液相分離過程開展模擬研究，完成的主要工作如下：
　　 本文首先建立了在第二相液滴的形核、擴散長大、碰撞合并和Ostwald熟化等因素的共同作用

2、下偏晶合金液-液相分離過程的二維格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)模型，開發(fā)了相應的程序。通過模擬計算二維平面Poiseuille流動問題、單液滴生長時液滴界面處的附加壓力和兩液滴合并時液橋的演化過程，將模擬結(jié)果與相關的理論或?qū)嶒灲Y(jié)果進行比較，對計算兩相流動的LBM模型及程序進行驗證。
　　 應用所建立的LBM模型對單液滴的生長和液滴的合并過程進行了模擬研究。分析討論了初始成

3、分、相互作用勢和擴散系數(shù)等岡素對單液滴生長行為的影響規(guī)律。分析了液滴的表面間距、初始半徑和相互作用強度系數(shù)對兩液滴合并過程的影響。結(jié)果表明，單液滴的生長過程是一個通過擴散從非平衡態(tài)到平衡態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。隨著合金初始成分的增加，液滴的生長速度加快，液滴最終的平衡半徑和相分數(shù)增大；隨著相互作用勢的增大，液滴的平衡濃度升高，液滴的生長速度和平衡半徑減?。弘S著基體液相擴散系數(shù)的增大，液滴的生長速度加快。兩個近鄰的液滴在其周圍濃度梯度的作用下會自動

4、發(fā)生合并。臨界表面間距是決定兩液滴能否發(fā)生合并的重要條件，當兩液滴的表面間距小于或等于臨界表面間距時，兩液滴可以自動發(fā)生合并；當兩液滴的表面間距大于臨界表面間距時，兩液滴不僅不能合并，反而會相互排斥。隨著液滴初始半徑的增大，兩液滴發(fā)生合并的臨界表面間距增大：隨著相互作用強度系數(shù)的增加，臨界表面間距減小。
　　 最后應用兩液相分離的LBM模型對多液滴的形核和生長規(guī)律進行了模擬研究。在不考慮液滴形核的情況下分析了合金初始成分和相互作

5、用勢對多液滴生長過程的影響規(guī)律。分析討論了最大形核密度和冷卻速度對第二相液滴連續(xù)形核.生長過程的影響。結(jié)果表明，液滴的擴散長大、液滴之間的碰撞合并作用和Ostwald熟化影響了液.液相分離過程和液滴的尺寸分布。隨著相互作用勢的增大，液滴的粗化速度減慢；平衡態(tài)時液滴平均半徑減小，液滴數(shù)量增多。隨著合金初始成分的增加，液滴的粗化速度加快；平衡態(tài)時液滴平均半徑增大，液滴數(shù)量減少。隨著最大形核密度的增大，液滴單位時間的形核密度和形核過程結(jié)束時最