不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟-中国有色金属学报.PDF

第 22 卷第 12 期 中国有色金属学报  2012 年 12 月  Vol.22 No.12  The Chinese Journal of Nonferrous Metals  Dec. 2012  文章编号：1004­0609(2012)12­3468­08  不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟 石玉峰，许庆彦，柳百成  (清华大学 机械工程系 先进成形制造教育部重点实验室，北京  100084)  摘 要：通过耦合溶质扩散方程，并考虑成分过冷和曲率过冷对界面平衡溶质成分的影响，建立改进的元胞自动 机模型来模拟溶质扩散控制的立方晶系合金的枝晶生长过程。模型在计算固液界面生长速率时考虑立方晶系枝晶 择优生长取向·100 Ò 的影响，同时采用斜中心差分格式对界面生长速率方程进行离散，从而能够模拟择优生长取 向与坐标轴成不同夹角的枝晶生长形貌演变。为验证模型的可靠性， 模拟 NH Cl­H O系透明合金单个等轴枝晶以 4 2 及不同择优生长取向角的多个等轴枝晶和柱状枝晶的形貌演化，模拟结果与实验结果吻合较好。 关键词：改进的元胞自动机；择优生长取向；枝晶生长；数值模拟 中图分类号：O781  文献标志码：A  Numerical simulation of dendrite growth with  different preferred growth orientation angles  SHI Yu­feng, XU Qing­yan, LIU Bai­cheng  (Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Ministry of Education,  Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)  Abstract: By coupling solute diffusion equation, and considering the effects of constitutional and curvature undercooling  on interface equilibrium composition, a modified cellular automaton model (MCA) was proposed to simulate dendrite  growth controlled by solute diffusion for cubic metals. The model considersthe influence of preferred growth orientation ·100 Ò on the normal velocity ofsolid and liquidinterface for cubic metals. Meanwhile, a skew central difference scheme  was used to discrete the normal velocity of solid and liquid interface. Therefore, the MCA model could simulate the  dendrite morphology with preferred growth orientation misalign