溫度場(chǎng)下枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬.pdf

1、凝固過程對(duì)材料的性能有著重要的影響，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員致力于凝固微觀組織的數(shù)值模擬研究。相場(chǎng)方法是目前微觀組織模擬方法中最重要的方法之一，它可以有效地克服固/液界面的跟蹤，并且通過相場(chǎng)與溫度場(chǎng)、對(duì)流場(chǎng)等多場(chǎng)的耦合，來真實(shí)地描述微觀組織的凝固過程。研究發(fā)現(xiàn)，影響材料性能的因素不僅取決于晶粒的大小，也取決于晶粒的形貌特征。枝晶是凝固過程中常見的微觀組織形態(tài)，所以模擬枝晶的生長(zhǎng)形成過程及形貌特征有利于凝固微觀組織的進(jìn)一步

2、研究和探索，使材料的性能得到更好地控制。為此，本文采用相場(chǎng)法來模擬溫度場(chǎng)下枝晶生長(zhǎng)的過程，并對(duì)其形貌特征及演化規(guī)律進(jìn)行了討論。
　　本文首先對(duì)相場(chǎng)的相關(guān)理論進(jìn)行了研究，從熵增原理出發(fā)，對(duì)相場(chǎng)模型進(jìn)行推導(dǎo)。在此基礎(chǔ)又引入了各向異性，建立了溫度場(chǎng)下枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)模型。并采用有限差分法對(duì)相場(chǎng)模型中的相場(chǎng)控制方程和溫度場(chǎng)方程進(jìn)行離散和計(jì)算。
　　利用上述相場(chǎng)模型和數(shù)值計(jì)算方法對(duì)凝固過程中的枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行模擬，并通過改變相場(chǎng)參數(shù)，即空間

3、步長(zhǎng)、過冷度和各向異性強(qiáng)度三方面來研究和討論它們對(duì)枝晶生長(zhǎng)過程的影響。結(jié)論如下：
　　第一，空間步長(zhǎng)，即網(wǎng)格精度不僅影響著模擬速度的快慢，同時(shí)還對(duì)枝晶的形貌產(chǎn)生影響?？臻g步長(zhǎng)越大，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量越小，枝晶生長(zhǎng)的模擬速度越快，形貌尖銳粗糙；空間步長(zhǎng)越小，雖然計(jì)算量大大提高了，影響了枝晶生長(zhǎng)的模擬速度，但是其形貌更加平滑圓潤(rùn)。
　　第二，過冷度是凝固過程的驅(qū)動(dòng)力，它的大小對(duì)枝晶生長(zhǎng)起著關(guān)鍵的作用。過冷度越大，凝固結(jié)晶的速度越快，