相場法模擬強(qiáng)迫層流對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)迫層流對枝晶凝固過程的影響機(jī)制。采用相場法，將描述枝晶生長過程的純擴(kuò)散相場模型(Phase Field Model)與可高效求解流動方程的自適應(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象，考慮了結(jié)晶潛熱和熱擾動影響因素，研究了非等溫條件下過冷熔體強(qiáng)迫層流對單個枝晶形貌和溫度場的影響。分析了強(qiáng)迫層流速度對迎流方向、逆流方向、和垂直流動方向枝晶（后文簡稱：垂流方向枝晶）尖端生長速度的影響，模擬結(jié)果表明，熔體流動打破了等軸晶形貌對稱性；與熔體無流動相比，迎流方向枝晶尖端生長速度增大，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速度越大，并且，模擬區(qū)域單個枝晶固相率

3、越高。逆流方向枝晶尖端生長速度不穩(wěn)定，當(dāng)熔體流動速度增大或枝晶尺寸變得足夠大時，在枝晶下游方向出現(xiàn)漩渦。
　　 基于S-PFM模型，采用自行設(shè)計的隨機(jī)格子法，模擬對比了熔體強(qiáng)迫層流對多個枝晶生長的影響。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)迫層流對多晶粒生長過程的影響；對比熔體有流動和無流動時候的枝晶形貌發(fā)現(xiàn)，熔體有流動時候，二次枝晶臂向上游方向呈現(xiàn)“一邊倒”的生長趨勢。并且，固相率較低時，固相率與熔體層