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。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。結果表明:在純溶質擴散時，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，形成了與純溶質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，各向主枝及側向分支都逐漸變細，當各向異性增大到0.08