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对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究

石玉峰 许庆彦 柳百成

对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究

石玉峰, 许庆彦, 柳百成
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  • 合金凝固过程中存在于枝晶尖端液相区的强制对流和自然对流均能改变溶质扩散层厚度,从而会对枝晶形貌产生较大影响.在元胞自动机模型基础上,耦合液体流动方程、热传导方程和溶质对流扩散方程,建立了新的计算微观组织演化的数值模型,并利用该模型研究了强制对流和自然对流对枝晶生长的影响.三维数值模拟结果再现了强制对流作用下等轴枝晶的生长过程,揭示了强制对流对枝晶生长速率和尖端半径的影响特点.同时利用该模型模拟了NH4Cl-H2O溶液定向凝固过程中自然对流对柱状晶生长的影响,并采用相应的实验进行验证.模拟结果与实验结果符合良好,从而证明该模型是可靠的,可推广到实际合金系中.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2005CB724105, 2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号:10477010, 51171089)和国家高技术研究发展计划(批准号:2007AA04Z141)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-12-16
  • 修回日期:  2011-07-27
  • 刊出日期:  2011-06-05

对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究

  • 1. 清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室,北京 100084
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2005CB724105, 2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号:10477010, 51171089)和国家高技术研究发展计划(批准号:2007AA04Z141)资助的课题.

摘要: 合金凝固过程中存在于枝晶尖端液相区的强制对流和自然对流均能改变溶质扩散层厚度,从而会对枝晶形貌产生较大影响.在元胞自动机模型基础上,耦合液体流动方程、热传导方程和溶质对流扩散方程,建立了新的计算微观组织演化的数值模型,并利用该模型研究了强制对流和自然对流对枝晶生长的影响.三维数值模拟结果再现了强制对流作用下等轴枝晶的生长过程,揭示了强制对流对枝晶生长速率和尖端半径的影响特点.同时利用该模型模拟了NH4Cl-H2O溶液定向凝固过程中自然对流对柱状晶生长的影响,并采用相应的实验进行验证.模拟结果与实验结果符合良好,从而证明该模型是可靠的,可推广到实际合金系中.

English Abstract

参考文献 (51)

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