双扩散作用下宏观偏析的数值模拟

【作者】 马长文； 沈厚发； 黄天佑； 柳百成；

【机构】 清华大学机械工程系；

【摘要】 本文建立了双扩散作用下糊状区液相流动与溶质分布的数学模型,并对凝固过程中的宏观偏析进行数值模拟。模型中考虑了糊状区温度、溶质浓度梯度导致的固相、液相密度差异,研究了两种因素导致的液相（包括核晶间液相）对流对凝固宏观偏析的影响。运用SIMPLE方法编制了求解数学模型的程序,对模型中的质量、动量、能量和溶质等守恒方程联立求解。通过分别对NH₄Cl-H₂O铸锭侧面或底面两种冷却、凝固过程进行模拟研究,得到了凝固过程中的温度场、流场、浓度场。宏观偏析的形成取决于双扩散作用下的流场特征,尤其与枝晶间浓度较高的液相流动密切相关。在双扩散作用下,流场、溶质场、固相分数场相互作用,并受冷却条件的影响。铸锭侧面冷却,顶部形成正偏析,底部形成负偏析;铸锭底面冷却,易于形成向上生长的通道偏析。在双扩散对流作用下,凝固前沿热流体的侵入导致糊状区局部重熔、形成通道;一些偏析通道由于相邻通道的优先生长导致溶质贫化而被掩埋。更多还原