等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟Ⅰ.三相流模型

金俊泽¹，王同敏¹，张兴国¹，姚山¹

(1.大连理工大学材料科学与工程学院三束材料改性国家重点实验室,辽宁省原材料特种制备技术重点实验室,大连,116024)

摘要:基于Eulerian-Eulerian方法和体积元平均技术,建立了模拟等轴球晶凝固过程的液、固、气三相流模型.液、固两相处理成相互分离、相互扩散的介质,气相与液、固两相只存在热量及动量的相互作用,三相(凝固前)作为自由流体共享一个统一的压力场.分别求解三相的质量、动量、溶质、热焓守恒方程;相间的热量交换和摩擦拖拽以及液/固界面上的溶质再分配和凝固潜热释放,通过定义对应守恒方程的源项和交换项而加以考虑;另外,单独求解一个晶粒密度守恒方程.晶粒的形核生长(相变)也加以模型化并体现在对应的源项中,模型中所用的密度定义为溶质与温度的函数,因此可综合考虑热溶质对流、晶粒运动及凝固收缩所引起的补缩流动.凝固过程的体积收缩及补缩流动将体现在气/液自由表面的波动上.

关键词:热溶质对流; 补缩流; 晶粒运动; 三相流; 数值建模;

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