文档介绍：第卷第期工程热物理学报丫
年月
定向凝固宏微观热质传递及双扩散流作用
冯妍卉聂红张欣欣
北京科技大学机械工程学院, 北京
摘要针对氯化按水溶液定向凝固实验, 从枝晶微尺度到宏观尺度报合模拟了相变热质传递过程, 并考察了双扩散流的
影响研究结果表明, 卜溶液的枝晶微界面浓度变化与非平衡态的谢尔方程趋于一致两相区内液相率较高,
易于流动的产生热浮升力形成逆时针回流, 溶质浮升力形成顺时针回流热浮升力作用大于溶质浮升力但双扩散流几
乎不影响凝固沿着结晶室高度方向进行的一维定向特性数值模拟中低估了两相区的渗透率, 是造成两相区厚度模拟结果
小于实验值的原因
关扭词定向凝固宏微观相变传热传质双扩散流
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引言微观偏析与宏观凝固传热传质流动的关联关系
透明二元类合金一溶液被广泛应用
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凝固过程中, 枝晶间的溶质偏析显著影响铸件于可视化凝固实验如
,
的机械性能, 特别是偏析导致的二次枝晶的形成会闭和等的实验研
, , ,
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破坏铸件的韧性影响宏观偏析的因素很多如微究并开展了相关的数值模拟夙工作
,
观偏析、两相区内的流动等等二次枝晶臂尺度上论文作者在研究中发现自然对流对‘
的固液相界面的溶质析出和再分配, 即微观偏析, 近溶液定向凝固的影响不容忽略因此, 本文在
年成为人们关注的重点许多研究, 司致力于揭示宏微观藕合模拟凝固相变热质传递的基础上, 进一
收稿日期修订日期一
签盘项目国家自然科学荃金资助
作者简介冯妍卉, 女, 江西南昌人, 副教授, 博士, 主要研究领域为热过程数值棋拟, 相变传热, 徽尺度传热传质
工程热物理学报卷
,
步考虑双扩散流热自然对流和溶质自然对流的作液相溶质浓度在界面处温度和浓度
用, 结合实验数据分析流动对晶体生长的影响应相互韧合且必须满足平衡条件和
方程、是相变双区域模型, 在相界面
枝晶尺度热质传递模型,
处需满足守恒方程和这增加了数值求
一维微观物理和数学模型解的难度因此, 引入烙和化学活度
, 瓜
平面枝晶物理模型如图所示容积元长度入。’, 将双区域模型转换成单区域统一模
,
为二次枝晶臂间距的一半不考虑枝晶臂的粗化型, 以简化计算
即入不随时间变化, 为固液相界面位置容积
,
, , 一
元初始状态为液态浓度和温度分布均匀分别为氏占占五△
和, 且。大于所对应的液相线
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温度几在时刻, 二处的温度低于液
, 亡
相线温度各相区内热传率斌, 比热
·
和溶质扩散系数均为常数在固液界面处, 焙月讯不连续, 而化学活度
是连续的其中, 是局部液相质量百分数, 在相
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固态液态’界面处发生阶跃由。变为而介一, 是
局部固相质量百分数
由此, 相变单区域统一模型可表示为
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图二次枝晶容积元物理模型
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其中, 统一热导率二和
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