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(shù)的飛速發(fā)展，凝固過程的微觀數(shù)值模擬已成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)用耦合的CA-LBM程序?qū)l-Cu合金在純擴(kuò)散和存在對流條件下的單枝晶和多枝晶的生長規(guī)律進(jìn)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(jié)果表明，新發(fā)展的CA-LBM耦合模型可成功

3、地對純擴(kuò)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(jìn)行模擬。在純擴(kuò)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(jìn)，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(jìn)了二次枝晶臂的生長。為了進(jìn)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(jìn)行了測定和對