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相似文献
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1.
过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟   总被引:24,自引:2,他引:22       下载免费PDF全文
利用相场法模拟了过冷纯金属熔体中的枝晶生长过程,研究了各向导性、界面动力学、热扩散和界面能对枝晶生长的影响.结果表明,热噪声可以促发侧向分支的形成,但不影响枝晶尖端的稳态行为;随着各向异性的增加,枝晶尖端生长速度增加,尖端半径减小;当界面动力学系数减小及在界面动力学系数小于1的条件下热扩散系数减小时,枝晶尖端生长速度随之减小,而尖端半径相应增大;界面能趋于增大枝晶尺度并保持界面在扰动下的稳定,界面能越大,形成侧向分支的趋势越小 关键词: 过冷 枝晶生长 相场法 数值模拟  相似文献   

2.
二元合金等温凝固过程的相场模型   总被引:19,自引:0,他引:19       下载免费PDF全文
基于Ginzberg-Landau理论,发展了一个与WBM模型和KKS模型一致的新相场模型.并利用该相场模型与溶质场耦合计算,以Al-65%Cu合金为例模拟了不同过冷度条件下,二元合金凝固过程的等轴枝晶生长过程.研究过冷度对二元合金等温凝固过程的等轴枝晶生长以及溶质场分布的影响.结果表明:随着过冷度的增大,枝晶的二次枝晶更加发达,浓度Peclet数和枝晶尖端的生长速率增大,而枝晶尖端的曲率半径减小,枝晶前沿的溶质富集现象也更严重;另外,计算结果与Ivantsov理论符合较好. 关键词: 相场法 枝晶生长 溶质场 Ivantsov理论  相似文献   

3.
王贤斌  林鑫  王理林  宇红雷  王猛  黄卫东 《物理学报》2013,62(7):78102-078102
采用类金属透明模型合金丁二腈-1.8 wt%丙酮(SCN-1.8 wt%Ace)合金, 研究了平行于生长界面前沿的液相对流对定向凝固胞/枝晶生长行为及胞/枝晶间距的影响. 对于胞晶生长, 在液相对流作用下, 其尖端将会出现分岔, 使得胞晶间距减小, 并且液相对流流速越大, 胞晶尖端分岔越明显, 胞晶组织越细小, 胞晶间距越小. 至于枝晶生长, 其生长行为与胞晶不同. 当抽拉速度较小时, 液相对流作用下枝晶两侧三次臂的生长速度将会超过枝晶尖端生长速度, 形成新的枝晶列, 使得枝晶一次间距减小, 并且液相对流流速越大枝晶一次间距越小; 当抽拉速度较大时, 液相对流作用下迎流侧二次臂生长发达,且会抑制上游枝晶生长, 使得枝晶一次间距增大, 并且液相对流越强枝晶一次间距越大. 关键词: 定向凝固 胞晶间距 枝晶间距 液相对流  相似文献   

4.
杨弘  张清光  陈民 《物理学报》2005,54(8):3740-3744
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  相似文献   

5.
二元合金微观偏析的相场法数值模拟   总被引:5,自引:0,他引:5       下载免费PDF全文
朱昌盛  王智平  荆涛  肖荣振 《物理学报》2006,55(3):1502-1507
使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数Ds 对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明,随着Ds的减少,固液界 面前沿溶质扩散层越薄,枝晶生长越有利,枝晶尖端生长的速度越大,侧向分支越发达;D< sub>s越小,固相中溶质成分的波动越强烈,随着Ds的增大,固相中溶质 成分的波动相应减小;溶质微观偏析程度随Ds的增大而减小. 关键词: 相场方法 微观偏析 固相扩散系数 数值模拟  相似文献   

6.
定向倾斜枝晶生长规律及竞争行为的相场法研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
王雅琴  王锦程  李俊杰 《物理学报》2012,61(11):118103-118103
采用多相场模型对定向凝固过程中倾斜枝晶生长进行了研究, 模拟了单一取向枝晶列的演化规律及不同取向枝晶列汇聚生长竞争淘汰行为. 结果表明, 枝晶尖端过冷度随倾斜角度的增大而增大, 即相同条件下倾斜枝晶尖端位置总是低于非倾斜枝晶; 汇聚生长时择优取向枝晶总是阻挡非择优取向枝晶, 但在抽拉速度较低时, 由于溶质扩散场的相互重叠, 晶界处择优取向枝晶的生长受到相邻非择优枝晶的影响而延缓, 这可能导致非择优取向枝晶淘汰择优取向枝晶.  相似文献   

7.
过冷熔体中枝晶生长的相场模拟   总被引:5,自引:0,他引:5  
本文利用相场方法对过冷镍熔体中枝晶生长过程进行了模拟,发现在过冷度低于 200 K时,生长速度与过冷度之间近似呈幂函数关系,当过冷度高于 200 K时,生长速度与过冷度之间基本呈线性关系。伴随着速度/过冷度之间关系的变化,枝晶尖端半径/过冷度的关系则呈现先减小后增加的趋势,并在 200 K时达到最小。本文还将模拟结果与实验值和经典LKT理论进行了比较,对上述关系转变的物理机制进行了分析。  相似文献   

8.
相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长   总被引:5,自引:0,他引:5       下载免费PDF全文
在二元合金相场模型研究的基础上,进行扩展获得了多元合金相场模型.以Al-Si-Mg三元合金为例,采用该相场模型实现了逼真地模拟多元合金凝固过程的等轴枝晶生长,得到了二次或更高次晶臂生长等复杂的枝晶形貌.随着第三组元Mg含量的减少,枝晶的二次枝晶越发达,枝晶中溶质的偏析越严重,枝晶尖端的生长速率和半径越大,与丁二腈-丙酮体系中枝晶尖端生长速率、半径随溶质浓度变化关系的理论计算和实验结果相符合.另外,枝晶初生晶臂中心的溶质浓度最低,在被二次晶臂包围的界面区域的溶质浓度最高;固液界面区域具有较大的浓度梯度,其中枝晶尖端前沿的梯度最大. 关键词: 相场法 多元合金 凝固过程 枝晶生长  相似文献   

9.
赵达文  李金富 《物理学报》2009,58(10):7094-7100
采用自适应有限元方法求解相场模型,分别对界面能各向异性和界面动力学各向异性条件下自由枝晶生长过程进行了模拟.计算表明两种各向异性均显著影响枝晶的生长,随着各向异性的增大枝晶尖端生长速度增大,尖端半径降低. 两种各向异性对自由枝晶生长有着不同形式的影响,在界面能各向异性条件下,枝晶生长稳定性系数与各向异性系数成幂函数关系;而在动力学各向异性条件下,稳定性系数与各向异性系数成线性关系. 关键词: 界面能各向异性 动力学各向异性 自由枝晶生长 相场模型  相似文献   

10.
等温凝固多晶粒生长相场法模拟   总被引:9,自引:0,他引:9       下载免费PDF全文
路阳  王帆  朱昌盛  王智平 《物理学报》2006,55(2):780-785
采用Kim模型,利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟,为了提高计算效率,采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响,结果表明:成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响,溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布,结果导致实际热过冷减小,进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散,致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象. 关键词: 相场法 模拟 择优生长 等温凝固 二元合金  相似文献   

11.
建立了一个基于格子玻尔兹曼方法 (LBM) 的二维模型,对强制对流和自然对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行了模拟研究. 与传统的基于求解Navier-Stokes方程计算流场的方法不同,本模型采用基于分子动理论的LBM对凝固过程中的传输现象进行数值计算. 用三组粒子分布函数分别建立了计算流场、由对流和扩散所控制的浓度场和温度场的LBM演化方程. 通过求解LBM演化方程获得固/液界面前沿的浓度和温度分布. 然后,基于溶质平衡方法计算了枝晶生长的驱动力. 为了对模型进行验证,将模拟在强制和自然对流作用下枝晶上游尖端的稳态生长特征分别与Oseen-Ivantsov 解析解和修正的Lipton-Glicksman-Kurz 模型预测结果进行了比较, 模拟结果和理论预测结果符合良好. 模拟结果还表明,对流使热量和溶质从上游传输到下游,从而加速了枝晶在上游方向的生长,而抑制了下游方向的生长,形成了非对称的枝晶形貌. 关键词: 微观组织模拟 枝晶生长 对流 格子玻尔兹曼方法  相似文献   

12.
An experimental apparatus consisting of a crystal growth room and a crystal growth observation system was developed for the study of the effect of the gravity convection perpendicular to the growth direction on the growth process by use of model alloy succinonitrile (SCN)-5wt%ethanol. It was found that the convection improves the stability of the interface and causes the downstream alternation of the cell growth direction because of the dual effect of the Stokes force and the gravity. The second dendrite arm facing the flow comes into being earlier than that at another side when the interface transforms cell to dendrite. Then the dendrite at the side facing the flow comes into being earlier. The second dendrite arm facing the flow grows faster and is more developed than that at another side. In addition, the primary dendrite arm spacing increases and the dendrite tip radius decreases under the gravity convection. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50331040 and 60171043)  相似文献   

13.
The effect of far-field uniform flow on the morphological evolution of a spherical particle in a supersaturated solution affected by a far-field uniform flow is studied by using the matched asymptotic expansion method. The analytical solution for the interface shape, concentration field, and interface velocity of the particle growth shows that the convection induced by the far-field uniform flow facilitates the growth of the spherical particle, the upstream flow imposed on the particle enhances the growth velocity of the interface when the flow comes in, the downstream flow lowers the growth velocity of the surface when the flow goes out, and the interface morphology evolves into a peach-like shape.  相似文献   

14.
姬小建  陈明文  徐小花  王自东 《中国物理 B》2015,24(1):16401-016401
The growth behavior of a columnar crystal in the convective undercooled melt affected by the far-field uniform flow is studied and the asymptotic solution for the interface evolution of the columnar crystal is derived by means of the asymptotic expansion method.The results obtained reveal that the far-field flow induces a significant change of the temperature around the columnar crystal and the convective flow caused by the far-field flow accelerates the growth velocity of the interface of the growing columnar crystal in the upstream direction and inhibits its growth velocity in the downstream direction.Our results are similar to the experimental data and numerical simulations.  相似文献   

15.
The effect of buoyancy-driven convection on the steady state dendritic growth in an undercooled binary alloy is studied. For the case of the moderate modified Grashof number, the uniformly valid asymptotic solution in the entire region of space is obtained by means of the matched asymptotic expansion method. The analytical results show that the buoyancy- driven convection has a significant effect on the needle-like interface of dendritic growth. Due to the buoyancy-driven convection, the needle-like interface shape of the crystal is changed. When the Peclet number that is not affected by the buoyant flow is less than a certain critical value, the interface shape of the dendrite becomes thinner as the Grashof number increases; when it is larger than the critical value, the interface shape becomes fatter as the Grashof number increases. In the undercooled binary alloy the morphology number plays an active role in the interface shape and leads to the buoyancy effect that is different from the situation for the pure melt. The smaller the morphology number is, the more significant change the interface shape has. As the Peclet number further increases, the effect of buoyancy on the interface diminishes eventually.  相似文献   

16.
Velocity and shape selection of dendritic crystals in a forced flow   总被引:3,自引:0,他引:3  
The phase-field method is used to simulate the two-dimensional growth of a dendritic crystal in a forced flow. The selection of the velocity and shape of the dendrite tip is investigated as a function of flow rate, growth direction relative to the flow, as well as anisotropy strength, and the results for the upstream growing tips are compared to existing theoretical predictions.  相似文献   

17.
黄伟超  刘丁  焦尚彬  张妮 《物理学报》2015,64(20):208102-208102
为了改善复杂对流形态下的晶体生长品质, 提出了一种改进的格子Boltzmann方法研究非稳态熔体流动和传热的耦合性质. 该方法基于不可压缩轴对称D2Q9模型, 构建了包含旋转惯性力和热浮力等外力项的演化关系, 实现了对轴对称旋转流体的速度、温度和旋转角速度的计算与分析. 结果表明, 非稳态熔体中的流、热耦合性质与格拉斯霍夫数和雷诺数的相互作用有关; 通过调节高雷诺数, 可有效抑制熔体中的自然对流, 改善温度分布, 有助于提高单晶的品质. 数值计算结果与实际硅单晶生长试验均证明了所提方法的正确性及有效性.  相似文献   

18.
Measurements of turbulent natural convection boundary-layer air flow over a two-dimensional, vertical, backward-facing step are reported. The step geometry consists of an adiabatic backward-facing step, an upstream wall, and a downstream wall. Both the upstream and downstream walls are heated to a uniform and constant temperature. Laser-Doppler velocimeter and cold-wire anemometer were used, respectively, to measure simultaneously the time-mean velocity and temperature distributions and their turbulent fluctuations. The experiment was carried out for step heights of 0, 11, and 22 mm and a temperature difference, Delta T, of 30 degrees C between the heated walls and the ambient air. The present results reveal that the turbulence intensity of both the streamwise and transverse velocity fluctuations, and the intensity of temperature fluctuations downstream of the step, increase as the step height increases. Also, it was found that both the reattachment length and the heat transfer rate from the downstream heated wall increase with increasing step height.  相似文献   

19.
王建元  陈长乐  翟薇  金克新 《物理学报》2009,58(9):6554-6559
实时观察了切向流动作用下SCN-3wt% H2O合金的定向凝固过程,研究了该合金枝晶生长方向、尖端半径、枝晶一次臂间距以及二次臂生长速度的变化规律.实验观察到能够代表枝晶尖端溶质边界层的“亮带”,该亮带在流动作用下的非对称性证实了切向流动能够改变枝晶前沿溶质的对称分布,使溶质边界层厚度沿背流侧向迎流侧逐渐减薄,枝晶生长发生迎流偏转,且偏转角度随抽拉速度的提高而减小.同时,流场与浓度场的耦合促进枝晶间的优胜劣汰,枝晶一次臂间距显著增大.固液界面处的强迫流动还能够引发相邻枝晶间环流,加速迎流处二次臂生长而抑制背流处生长. 关键词: 定向凝固 枝晶生长 切向流动  相似文献   

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