基于体积平均法的NH₄Cl水溶液凝固行为研究

来源期刊：工程科学学报2015年第8期

论文作者：李日 周黎明 潘红 王健

文章页码：1008 - 1016

关键词：凝固;偏析;铸锭;氯化铵;水溶液;数值模拟;

摘    要：根据合金凝固理论和体积平均多相模型,对NH4Cl-70%H2O凝固过程进行了数值模拟和实验验证.虽然研究者已研究过NH4Cl-70%H2O凝固过程,但是只针对单个现象进行分析,比如通道偏析的形成、对流形式以及晶粒的形成.在前人研究的基础上,本文首次通过数值模拟和实验对比两种手段相结合的方式全面地研究了氯化铵水溶液凝固整个计算域的全部现象,尤其再现了等轴晶在铸锭中的下落漂移现象以及由此引起的对流,并且更深入地探究了偏析的形成原因.通过计算发现等轴晶从型壁处沉降并逐渐向铸型底部积聚,直到体积分数达到一临界值后,柱状晶停止生长,完成柱状晶向等轴晶转化过程.由于溶质再分配,底部晶粒集中的区域形成了负偏析,在尚未凝固的上部区域形成较大范围的正偏析.通过实验验证发现,等轴晶在铸锭中的下落漂移现象和对流形式的预测值与实验值较为一致,从而全面揭示出凝固过程中固相的移动和对流是产生宏观偏析的关键因素.