偏晶合金液相分離過(guò)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(guò)程是影響偏晶合金最終凝固組織的重要因素，僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段研究液-液相分離過(guò)程及其影響因素比較困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們可以通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)偏晶合金凝同過(guò)程中的微觀組織演化規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，為通過(guò)工藝控制來(lái)改善偏晶合金的凝固組織提供依據(jù)。本論文主要針對(duì)偏晶合金的液-液相分離過(guò)程開(kāi)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(kuò)散長(zhǎng)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(guò)程的二維格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)模型，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的程序。通過(guò)模擬計(jì)算二維平面Poiseuille流動(dòng)問(wèn)題、單液滴生長(zhǎng)時(shí)液滴界面處的附加壓力和兩液滴合并時(shí)液橋的演化過(guò)程，將模擬結(jié)果與相關(guān)的理論或?qū)嶒?yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)計(jì)算兩相流動(dòng)的LBM模型及程序進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 應(yīng)用所建立的LBM模型對(duì)單液滴的生長(zhǎng)和液滴的合并過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。分析討論了初始成

3、分、相互作用勢(shì)和擴(kuò)散系數(shù)等岡素對(duì)單液滴生長(zhǎng)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(qiáng)度系數(shù)對(duì)兩液滴合并過(guò)程的影響。結(jié)果表明，單液滴的生長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)通過(guò)擴(kuò)散從非平衡態(tài)到平衡態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。隨著合金初始成分的增加，液滴的生長(zhǎng)速度加快，液滴最終的平衡半徑和相分?jǐn)?shù)增大；隨著相互作用勢(shì)的增大，液滴的平衡濃度升高，液滴的生長(zhǎng)速度和平衡半徑減?。弘S著基體液相擴(kuò)散系數(shù)的增大，液滴的生長(zhǎng)速度加快。兩個(gè)近鄰的液滴在其周圍濃度梯度的作用下會(huì)自動(dòng)

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(dāng)兩液滴的表面間距小于或等于臨界表面間距時(shí)，兩液滴可以自動(dòng)發(fā)生合并；當(dāng)兩液滴的表面間距大于臨界表面間距時(shí)，兩液滴不僅不能合并，反而會(huì)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(qiáng)度系數(shù)的增加，臨界表面間距減小。
　　 最后應(yīng)用兩液相分離的LBM模型對(duì)多液滴的形核和生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)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(shì)對(duì)多液滴生長(zhǎng)過(guò)程的影響規(guī)律。分析討論了最大形核密度和冷卻速度對(duì)第二相液滴連續(xù)形核.生長(zhǎng)過(guò)程的影響。結(jié)果表明，液滴的擴(kuò)散長(zhǎng)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(guò)程和液滴的尺寸分布。隨著相互作用勢(shì)的增大，液滴的粗化速度減慢；平衡態(tài)時(shí)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(shí)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(shí)間的形核密度和形核過(guò)程結(jié)束時(shí)最