耦合LBM算法對流環(huán)境下枝晶生長的相場法模擬.pdf

1、微觀組織是決定鑄件性能的主要因素，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，因此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(jī)上比較真實(shí)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，過冷熔體的強(qiáng)迫對流直接制約著上述因素，因此，研究強(qiáng)迫對流作用下枝晶生長，對

2、深入理解枝晶凝固過程的影響機(jī)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(kuò)散相場模擬與高效計算溶質(zhì)傳輸?shù)腖attice Boltzmann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(qiáng)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?；谛陆⒌腜F-LBM模型，以Al-4.5％Cu（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）二元合金為模擬對象，研究了等溫條件下強(qiáng)迫對流時，過冷熔體流動對單個枝

3、晶生長形貌的影響。分析了流速和粘度對迎流方向、下游方向和垂直流動方向枝晶生長速度的影響，結(jié)果表明:在純?nèi)苜|(zhì)擴(kuò)散時，枝晶的生長形貌呈現(xiàn)對稱;但在對流情況時，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(kuò)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(kuò)散時不一樣的非對稱的枝晶生長形貌。當(dāng)流動速度增大，粘度減小時，下游會出現(xiàn)漩渦，下游枝晶生長形貌發(fā)生了變化。
　　 最后，將本文建立的PF-LBM模型和傳統(tǒng)