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

龙文元; 吕冬兰; 夏春; 潘美满; 蔡启舟; 陈立亮

doi:10.7498/aps.58.7802

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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

龙文元 , 吕冬兰 , 夏春 , 潘美满 , 蔡启舟 , 陈立亮

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Citation:

凝聚物质：结构、热学和力学性质

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

龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮

物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808.

doi: 10.7498/aps.58.7802

Phase-field simulation of non-isothermal solidification dendrite growth of binary alloy under the force flow

Long Wen-Yuan, Lü Dong-Lan, Xia Chun, Pan Mei-Man, Cai Qi-Zhou, Chen Li-Liang

Acta Phys. Sin., 2009, 58(11): 7802-7808.

doi: 10.7498/aps.58.7802

摘要
在二元合金相场模型的研究基础上，建立了耦合溶质场、温度场和流场的相场模型，采用Simple算法求解质量和动量守恒方程，用交替隐式有限差分法求解温度控制方程，模拟了流场作用下二元合金等温和非等温凝固过程中枝晶的生长过程，研究了流场对枝晶生长形貌、溶质场和温度场分布情况的影响，将流场作用下二元合金等温和非等温凝固枝晶生长过程进行比较，分析了由于凝固潜热的释放对流场作用下凝固枝晶生长的影响．

关键词:
相场法 /

对流 /

非等温凝固 /

枝晶生长
Abstract
Based on the binary phase-field model, the phase-field model coupling with solute field，temperature field and flow field was developed. The mass and momentum conservation equations are solved by using the Simple algorithm, and the thermal governing equation is numerically solved using an alternating implicit finite difference method. The dendrite growth processes during isothermal and non-isothermal solidification of the binary alloy under convection was simulated. The difference in dendrite growth, solute distribute and temperature distribution were investigated. The result of dendrite growth during isothermal and non-isothermal solidification were compared.The effect of latent heat on the dendrite growth under convection was analyzed.

Keywords:
phase-field method /

convection /

non-isothermal solidification /

dendrite growth
作者及机构信息
龙文元²,

吕冬兰²,

夏春²,

潘美满²,

蔡启舟¹,

陈立亮¹

(1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10176009)及江西省自然科学基金(批准号：2007GZC1492)资助的课题.
Authors and contacts
Long Wen-Yuan²,

Lü Dong-Lan²,

Xia Chun²,

Pan Mei-Man²,

Cai Qi-Zhou¹,

Chen Li-Liang¹

(1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063
参考文献

施引文献

[1]	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
[2]	林茂杰, 常健, 吴宇昊, 徐山森, 魏炳波. 电磁悬浮条件下液态Fe50Cu50合金的对流和凝固规律研究. 物理学报, 2017, 66(13): 136401. doi: 10.7498/aps.66.136401
[3]	郭春文, 李俊杰, 马渊, 王锦程. 定向凝固过程中枝晶侧向分枝生长行为与强制调控规律. 物理学报, 2015, 64(14): 148101. doi: 10.7498/aps.64.148101
[4]	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
[5]	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
[6]	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
[7]	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. 物理学报, 2011, 60(12): 126101. doi: 10.7498/aps.60.126101
[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]	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
[11]	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
[12]	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
[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]	陈明文, 王自东, 孙仁济. 远场来流对过冷熔体中球状晶体生长的影响. 物理学报, 2007, 56(3): 1819-1824. doi: 10.7498/aps.56.1819
[15]	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
[16]	路阳, 王帆, 朱昌盛, 王智平. 等温凝固多晶粒生长相场法模拟. 物理学报, 2006, 55(2): 780-785. doi: 10.7498/aps.55.780
[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]	杨弘, 张清光, 陈民. 热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟. 物理学报, 2005, 54(8): 3740-3744. doi: 10.7498/aps.54.3740
[19]	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
[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. 2009, 58(11): 7802-7808.

doi: 10.7498/aps.58.7802.

凝聚物质：结构、热学和力学性质

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

1. (1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10176009)及江西省自然科学基金(批准号：2007GZC1492)资助的课题.

收稿日期: 2008-12-10
修回日期: 2009-03-09
刊出日期: 2009-11-20

摘要: 在二元合金相场模型的研究基础上，建立了耦合溶质场、温度场和流场的相场模型，采用Simple算法求解质量和动量守恒方程，用交替隐式有限差分法求解温度控制方程，模拟了流场作用下二元合金等温和非等温凝固过程中枝晶的生长过程，研究了流场对枝晶生长形貌、溶质场和温度场分布情况的影响，将流场作用下二元合金等温和非等温凝固枝晶生长过程进行比较，分析了由于凝固潜热的释放对流场作用下凝固枝晶生长的影响．

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作者及机构信息

(1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

Authors and contacts

(1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

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(1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

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English Abstract

Phase-field simulation of non-isothermal solidification dendrite growth of binary alloy under the force flow

1. (1)华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074; (2)南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063

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