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枝晶生长和气泡形成的数值模拟被引量：11: 2012年; 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.; 吴伟孙东科戴挺朱鸣芳; 关键词：格子玻尔兹曼方法元胞自动机枝晶气泡

凝固前沿和气泡相互作用的大密度比格子玻尔兹曼方法模拟被引量：5: 2013年; 建立了二维双组分两相流的大密度比格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)模型.该模型基于改进的Shan-Chen伪势多相流LBM模型,结合采用不同时间步长的方法,实现密度比达800以上的气液两相流模拟.为了对模型进行验证,模拟了在不同气液相互作用系数和密度比条件下气泡内外压力差与其半径之间的关系,其结果满足Laplace定律.将所建立的大密度比LBM与介观尺度的元胞自动机(cellul arautomaton,CA)和有限差分法(FDM)相耦合,用LBM模拟气液两相流,用CA方法模拟固相生长,用有限差分法模拟温度场,采用LBM-CA-FDM耦合模型对定向凝固过程中凝固前沿的气泡与液-固界面之间的相互作用进行模拟研究.结果表明,绝热气泡的存在影响了温度场分布,使得凝固前沿接近气泡时,液-固界面凸起,在不同的固相生长速度条件下,出现凝固前沿淹没气泡或气泡脱离凝固前沿的不同情况,模拟结果与实验结果符合良好.; 陈海楠孙东科戴挺朱鸣芳; 关键词：格子玻尔兹曼方法元胞自动机凝固气泡

ZL107合金热力学显微组织分析被引量：2: 2012年; 应用热力学计算对平衡条件下ZL107合金组织进行了定量分析,研究了化学成分和温度对ZL107合金组织的影响规律,并对该合金的显微组织进行了观察。结果表明,ZL107合金中Al2Cu强化析出相开始析出温度及数量主要取决于Cu含量,增加Cu含量可以提高Al2Cu相数量及析出温度。在210℃以上时效会导致Al2Cu相数量下降。热力学计算确定的最佳固溶温度和时效温度分别在510～520℃和150～200℃之间,热力学计算结果和试验结果相符。; 黄修飞蒋鸣朱鸣芳; 关键词：ZL107合金显微组织热力学计算

双边扩散枝晶生长的定量相场模型被引量：4: 2012年; 本文针对非对称双边扩散条件下的二元合金枝晶生长,建立了一个包含溶质截流项的定量相场模型.本模型耦合了非线性热力学函数并采用化学势相等的界面条件.通过对相场方程进行二阶的薄界面渐进分析,并结合溶质拖拽模型,推导出相场迁移率和溶质截流项.随后将模型简化为二元稀溶液合金等温枝晶生长的相场模型以对其进行理论验证.通过在各种相场界面厚度条件下进行数值模拟,测试了本模型的数值收敛性.用所建立的模型模拟了Fe-0.15mol%C合金的等温枝晶生长,将相场模拟结果和经典Gibbs-Thomson关系,线性可解性理论以及改进的Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)解析模型进行比较,取得了良好的符合.模拟结果表明本模型能有效地消除延拓的界面厚度所导致的界面异常效应,具有良好的定量模拟能力.而且,本模型能够定量地描述从单边扩散到对称扩散的各种固相扩散迁移率条件下的枝晶生长.; 潘诗琰朱鸣芳; 关键词：相场模拟凝固枝晶生长

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国家自然科学基金(50971042)