热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟

杨  弘; 张清光; 陈  民

doi:10.7498/aps.54.3740

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热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟

杨弘 , 张清光 , 陈民

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凝聚物质：结构、热学和力学性质

热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟

杨弘, 张清光, 陈民

物理学报, 2005, 54(8): 3740-3744.

doi: 10.7498/aps.54.3740

A phase-field simulation on the influence of thermal fluctuation on secondary branch growth in undercooled melt

Yang Hong, Zhang Qing-Guang, Chen Min

Acta Phys. Sin., 2005, 54(8): 3740-3744.

doi: 10.7498/aps.54.3740

摘要
用相场法模拟了过冷纯物质二次枝晶的生长过程，并定量地研究了过冷度、各向异性、热扰动振幅等参数对二次枝晶的影响. 通过加入热扰动，相场法能更真实地模拟过冷熔体中二次枝晶的生长，计算得到的二次枝晶间距和幅值与由Wentzel_Kramers_Brillouin方法得到的结果符合较好. 模拟结果表明，过冷度和各向异性对二次枝晶有较大影响. 当过冷度增大时，二次枝晶间距随之减小；当各向异性增大时，二次枝晶间距随之增大，但二次枝晶幅值则随之减小. 热扰动振幅主要影响二次枝晶幅值，而对二次枝晶间距影响较弱.

关键词:
相场法 /

热扰动 /

枝晶生长 /

二次枝晶
Abstract
The dendritic growth in an undercooled melt of pure substance is simulated by a phase_field model. The relationship between the dendritic growth and the parameters used in phase_field method (including undercooling, anisotropic coefficient, magnitude of thermal fluctuation) has been studied quantitatively. By employing the thermal fluctuations the birth of secondary branches has been successfully simulated. The spacing and amplitude of the secondary branches are obtained, which are in reasonable agreement with those by using the Wentzel_Kramers_Brillouin approach. Simulations indicate that the undercooling and the anisotropic coefficient have remarkable influence on the growth of the secondary branches, in which secondary branch spacing decreases with the increase of undercooling, but increases with the increase of anisotropic coefficient. The amplitude of the secondary branch decreases with the increase of anisotropic coefficient. Thermal fluctuations show strong influence on the amplitude of the secondary branch, however show less influence on the secondary branch spacing.

Keywords:
phase－field method, thermal fluctuation, dendritic growth, secondar y branch /

/

/
作者及机构信息
杨弘,

张清光,

陈民

1.
清华大学工程力学系,北京 100084

基金项目: 国家自然科学基金重大项目(批准号：50395101)资助的课题.
Authors and contacts
Yang Hong,

Zhang Qing-Guang,

Chen Min

1.
清华大学工程力学系,北京 100084
参考文献

施引文献

[1]	张颖, 吴文华, 王建元, 翟薇. 超声场中气泡稳态空化对枝晶生长过程的作用机制. 物理学报, 2022, 71(24): 244303. doi: 10.7498/aps.71.20221101
[2]	李柱柏, 魏磊, 张震, 段东伟, 赵倩. 磁振子宏观效应以及热扰动场对反磁化的影响. 物理学报, 2022, 71(12): 127502. doi: 10.7498/aps.71.20220168
[3]	楚硕, 郭春文, 王志军, 李俊杰, 王锦程. 浓度相关的扩散系数对定向凝固枝晶生长的影响. 物理学报, 2019, 68(16): 166401. doi: 10.7498/aps.68.20190603
[4]	张军, 陈文雄, 郑成武, 李殿中. γ-α相变中不同晶界特征下铁素体生长形貌的相场模拟. 物理学报, 2017, 66(7): 070701. doi: 10.7498/aps.66.070701
[5]	段培培, 邢辉, 陈志, 郝冠华, 王碧涵, 金克新. 镁基合金自由枝晶生长的相场模拟研究. 物理学报, 2015, 64(6): 060201. doi: 10.7498/aps.64.060201
[6]	王雅琴, 王锦程, 李俊杰. 定向倾斜枝晶生长规律及竞争行为的相场法研究. 物理学报, 2012, 61(11): 118103. doi: 10.7498/aps.61.118103
[7]	潘诗琰, 朱鸣芳. 双边扩散枝晶生长的定量相场模型. 物理学报, 2012, 61(22): 228102. doi: 10.7498/aps.61.228102
[8]	王明光, 赵宇宏, 任娟娜, 穆彦青, 王伟, 杨伟明, 李爱红, 葛洪浩, 侯华. 相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长. 物理学报, 2011, 60(4): 040507. doi: 10.7498/aps.60.040507
[9]	朱昌盛, 王军伟, 王智平, 冯力. 受迫流动下的枝晶生长相场法模拟研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7417-7423. doi: 10.7498/aps.59.7417
[10]	孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰, 戴挺. 强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 285-S291. doi: 10.7498/aps.58.285
[11]	朱昌盛, 冯力, 王智平, 肖荣振. 三维枝晶生长的相场法数值模拟研究. 物理学报, 2009, 58(11): 8055-8061. doi: 10.7498/aps.58.8055
[12]	龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮. 强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808. doi: 10.7498/aps.58.7802
[13]	陈玉娟, 陈长乐. 相场法模拟对流速度对上游枝晶生长的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4585-4589. doi: 10.7498/aps.57.4585
[14]	冯力, 王智平, 路阳, 朱昌盛. 二元合金多晶粒的枝晶生长的等温相场模型. 物理学报, 2008, 57(2): 1084-1090. doi: 10.7498/aps.57.1084
[15]	臧渡洋, 王海鹏, 魏炳波. 深过冷三元Ni-Cu-Co合金的快速枝晶生长. 物理学报, 2007, 56(8): 4804-4809. doi: 10.7498/aps.56.4804
[16]	李俊杰, 王锦程, 许泉, 杨根仓. 外来夹杂物颗粒对枝晶生长形态影响的相场法研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1514-1519. doi: 10.7498/aps.56.1514
[17]	龙文元, 蔡启舟, 魏伯康, 陈立亮. 相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长. 物理学报, 2006, 55(3): 1341-1345. doi: 10.7498/aps.55.1341
[18]	龙文元, 蔡启舟, 陈立亮, 魏伯康. 二元合金等温凝固过程的相场模型. 物理学报, 2005, 54(1): 256-262. doi: 10.7498/aps.54.256
[19]	李　强, 李殿中, 钱百年. 元胞自动机方法模拟枝晶生长. 物理学报, 2004, 53(10): 3477-3481. doi: 10.7498/aps.53.3477
[20]	于艳梅, 杨根仓, 赵达文, 吕衣礼, A. KARMA, C. BECKERMANN. 过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟. 物理学报, 2001, 50(12): 2423-2428. doi: 10.7498/aps.50.2423

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物理学报. 2005, 54(8): 3740-3744.

doi: 10.7498/aps.54.3740.

凝聚物质：结构、热学和力学性质

热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟

1. 清华大学工程力学系,北京 100084

基金项目: 国家自然科学基金重大项目(批准号：50395101)资助的课题.

收稿日期: 2004-10-19
修回日期: 2005-03-11
刊出日期: 2005-04-05

摘要: 用相场法模拟了过冷纯物质二次枝晶的生长过程，并定量地研究了过冷度、各向异性、热扰动振幅等参数对二次枝晶的影响. 通过加入热扰动，相场法能更真实地模拟过冷熔体中二次枝晶的生长，计算得到的二次枝晶间距和幅值与由Wentzel_Kramers_Brillouin方法得到的结果符合较好. 模拟结果表明，过冷度和各向异性对二次枝晶有较大影响. 当过冷度增大时，二次枝晶间距随之减小；当各向异性增大时，二次枝晶间距随之增大，但二次枝晶幅值则随之减小. 热扰动振幅主要影响二次枝晶幅值，而对二次枝晶间距影响较弱.

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