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本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton, LBM-CA)耦合模型, 对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力. 采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动. 在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用. 应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证. 应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响. 发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大. 定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、 气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象, 与实验结果符合良好. 此外, 初始气体含量越高, 凝固结束时气泡的体积分数也相对较高. 本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、 生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.
[1] Han Q Y 2006 Scripta Mater. 55 871
[2] Zhao L, Liao H C, Pan Y, Wang L, Wang Q G 2011 Scripta Mater. 65 795
[3] Atwood R C, Lee P D 2003 Acta Mater. 51 5447
[4] Dong S Y, Xiong S M, Liu B C 2004 Mater Sci Technol. 20 23
[5] Raabe D 2004 Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 12 R13
[6] Guo Z L, Zheng C G 2009 Theory and Applications of Lattice Boltzmann Method (Beijing: Science Press) p9-10, 61-63 (in Chinese) [郭照立, 郑楚光 2009 格子Boltzmann方法的原理和应用(第一版) (北京: 科学出版出版社)第9—10, 61—63页]
[7] Zeng J B, Li R J, Liao Q, Jiang F M 2011 Acta Phys.Sin. 60 066401 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全, 蒋方明 2011 物理学报 60 066401]
[8] Wang W X, Shi J, Qiu B, Li H B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8371 (in Chinese) [王文霞, 施娟, 邱冰, 李华兵 2010 物理学报 59 8371]
[9] Wang J F, Liu Y, Xu Y S 2009 Biomed Microdevices 11 351
[10] Guo Z L, Asinari, Pietro, Zheng C G 2009 Phys. Rev. E 79 026702
[11] Sun D K, Zhu M F, Pan S Y, Raabe D 2009 Acta Mater. 6 1755
[12] Yin H, Felicelli SD, Wang L 2011 Acta Mater. 59 3124
[13] Selzer M, Jainta M, Nestler B 2009 Phys. Status Solid B 246 1197
[14] Zhou F M, Sun D K, Zhu M F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3394 (in Chinese) [周丰茂, 孙东科, 朱鸣芳 2010 物理学报 59 3394]
[15] Li Q, MaY C, Liu K, Kang X H, Li D Z 2007 Acta Metall. Sin. 43 217 (in Chinese) [李强, 马颖澈, 刘奎, 康秀红, 李殿中 2007 金属学报 43 217]
[16] Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2009 Acta Phys. Sin. 58 1132 (in Chinese) [单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东 2009 物理学报 58 1132]
[17] Huang H B, Thorne D T, Jr, Schaap M G, Sukop M C 2007 Phys. Rev. E 76 066701
[18] Shan X W 2006 Phys. Rev. E 73 047701
[19] Zhu M F, Stefanescu D M 2007 Acta Mater. 55 1741
[20] Sukop M C, Thorne D T, Jr 2005 Lattice Boltzmann Modeling-An Introduction for Geoscientists and Engineers (2nd ed) (New York: Springer) p114
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[1] Han Q Y 2006 Scripta Mater. 55 871
[2] Zhao L, Liao H C, Pan Y, Wang L, Wang Q G 2011 Scripta Mater. 65 795
[3] Atwood R C, Lee P D 2003 Acta Mater. 51 5447
[4] Dong S Y, Xiong S M, Liu B C 2004 Mater Sci Technol. 20 23
[5] Raabe D 2004 Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 12 R13
[6] Guo Z L, Zheng C G 2009 Theory and Applications of Lattice Boltzmann Method (Beijing: Science Press) p9-10, 61-63 (in Chinese) [郭照立, 郑楚光 2009 格子Boltzmann方法的原理和应用(第一版) (北京: 科学出版出版社)第9—10, 61—63页]
[7] Zeng J B, Li R J, Liao Q, Jiang F M 2011 Acta Phys.Sin. 60 066401 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全, 蒋方明 2011 物理学报 60 066401]
[8] Wang W X, Shi J, Qiu B, Li H B 2010 Acta Phys. Sin. 59 8371 (in Chinese) [王文霞, 施娟, 邱冰, 李华兵 2010 物理学报 59 8371]
[9] Wang J F, Liu Y, Xu Y S 2009 Biomed Microdevices 11 351
[10] Guo Z L, Asinari, Pietro, Zheng C G 2009 Phys. Rev. E 79 026702
[11] Sun D K, Zhu M F, Pan S Y, Raabe D 2009 Acta Mater. 6 1755
[12] Yin H, Felicelli SD, Wang L 2011 Acta Mater. 59 3124
[13] Selzer M, Jainta M, Nestler B 2009 Phys. Status Solid B 246 1197
[14] Zhou F M, Sun D K, Zhu M F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3394 (in Chinese) [周丰茂, 孙东科, 朱鸣芳 2010 物理学报 59 3394]
[15] Li Q, MaY C, Liu K, Kang X H, Li D Z 2007 Acta Metall. Sin. 43 217 (in Chinese) [李强, 马颖澈, 刘奎, 康秀红, 李殿中 2007 金属学报 43 217]
[16] Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2009 Acta Phys. Sin. 58 1132 (in Chinese) [单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东 2009 物理学报 58 1132]
[17] Huang H B, Thorne D T, Jr, Schaap M G, Sukop M C 2007 Phys. Rev. E 76 066701
[18] Shan X W 2006 Phys. Rev. E 73 047701
[19] Zhu M F, Stefanescu D M 2007 Acta Mater. 55 1741
[20] Sukop M C, Thorne D T, Jr 2005 Lattice Boltzmann Modeling-An Introduction for Geoscientists and Engineers (2nd ed) (New York: Springer) p114
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