对流作用下枝晶生长行为的相场法

基于Wheeler等提出的纯扩散相场模型,建立耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,研究Ni-Cu合金凝固过程中单晶粒枝晶和多晶粒枝晶在强制对流作用下的生长行为。结果表明:熔体的流动显著改变凝固前沿的传热和传质,从而改变枝晶的生长行为。在流速为6.43m/s的垂直强制对流作用下,上游枝晶受过冷熔体冲刷,枝晶尖端溶质浓度和温度低,实际过冷度大,枝晶生长迅速,稳态生长速度比纯扩散时增加28%;热量和溶质在下游富集,下游枝晶尖端溶质浓度和温度高,实际过冷度小,枝晶生长缓慢,稳态生长速度比纯扩散时减小26%。     

强制对流作用下多晶粒生长的相场模拟

采用Tong和Beckermann等提出的耦合流场相场模型对纯镍凝固中多晶粒枝晶的生长过程进行模拟,研究了多晶粒枝晶的生长形貌和温度分布.结果表明,熔体流动显著改变凝固前沿的传热,从而影响枝晶生长.受熔体流动和多晶粒之间相互影响的共同作用,枝晶在4个最优生长方向上的形貌呈现不对称;熔体流动还改变了枝晶的水平最优生长方向,使得水平主枝向上游倾斜;此外,二次枝晶出现径向熔化和轴向熔化等粗化方式.     

镁合金焊缝凝固枝晶生长的相场法模拟分析

采用六重对称各向异性的Karma模型对镁合金焊缝凝固枝晶生长过程进行模拟,研究了晶核密度、晶核位置对枝晶生长的影响。结果表明:单枝晶生长时,晶核在优先生长方向上生长迅速,形成六重对称的枝晶形貌;多枝晶生长时,受生长空间的限制,枝晶形貌的对称性被严重破坏。当晶核密度较小时,晶核平均生长空间较大,晶核之间的相互影响较弱,形成六重对称枝晶形貌;当晶核密度较大时,晶核平均生长空间较小,晶核之间的相互影响加强,形成不规则枝晶形貌;当仅有2个晶核处于计算区域对角位置时,相对生长空间充足,六重对称枝晶形貌发达。     

电介质的微空气隙中电场的计算

针对固体介质中不同微空气隙形状(球体,椭球体)内部电场计算问题,将其简化为计算均匀电场中介质球、介质椭球内的电场,应用电介质极化原理,得到了微空气隙内部电场分布的数值解。数值计算结果表明:气隙内的场强总要比固体内的场强高得多,而气隙的介电强度比固体介质低,所以当加至一定电压时,在固体介质击穿之前,总是在空气隙内先开始放电,从理论上解释了固体内部发生局部放电的原因。