Fe-Pb合金凝固多相体系内偏析形成过程的三维数值模拟

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王哲, 王发展, 王欣, 何银花, 马姗, 吴振. 2014: Fe-Pb合金凝固多相体系内偏析形成过程的三维数值模拟, 物理学报, null(7): 076101. doi: 10.7498/aps.63.076101
引用本文: 王哲, 王发展, 王欣, 何银花, 马姗, 吴振. 2014: Fe-Pb合金凝固多相体系内偏析形成过程的三维数值模拟, 物理学报, null(7): 076101. doi: 10.7498/aps.63.076101
Wang Zhe, Wang Fa-Zhan, Wang Xin, He Yin-Hua, Ma Shan, Wu Zhen. 2014: Three-dimensional mo delling and numerical simulation on segregation during Fe-Pb alloy solidification in a multiphase system, Acta Physica Sinica, null(7): 076101. doi: 10.7498/aps.63.076101
Citation: Wang Zhe, Wang Fa-Zhan, Wang Xin, He Yin-Hua, Ma Shan, Wu Zhen. 2014: Three-dimensional mo delling and numerical simulation on segregation during Fe-Pb alloy solidification in a multiphase system, Acta Physica Sinica, null(7): 076101. doi: 10.7498/aps.63.076101

Fe-Pb合金凝固多相体系内偏析形成过程的三维数值模拟

Three-dimensional mo delling and numerical simulation on segregation during Fe-Pb alloy solidification in a multiphase system

  • 摘要: 基于Eulerian-Eulerian方法和流体体积技术,建立了三维多相流体动力学凝固模型,并将其与质量、动量、溶质和热焓守恒方程相耦合,对Fe-Pb合金侧向凝固过程进行了数值模拟。首先,分析了分布面积二次梯度(?(?SPb))和浓度二次梯度(?(?CPb))对偏析模式的影响,结果表明:液、气两相的流动相变使偏析模式表现为上端X形下端V形, X偏析由气相相变驱动力和多取向相变作用下的“散射”形成; t>tc时,随?(?SPb )和?(?CPb )曲线降低, X偏析的下偏析角增大,上偏析角和V偏析角减小, Pb收得率增大,有利于获得含量稳定弥散的凝固组织。此外,还研究了液、气两相交互流动下通道偏析的形成机理,结果表明:通道偏析仅存在于流动-相变交互作用(ul ·?cl和ug ·?cg)为负值的区域,该区域的流动扰动抑制合金的局部凝固,促进偏析通道生长;流动-相变交互作用负值越小,偏析通道持续增长越稳定。模拟结果与实验结果相符合,验证了模型的准确性。
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出版历程
  • 刊出日期:  2014-04-15

Fe-Pb合金凝固多相体系内偏析形成过程的三维数值模拟

  • 西安建筑科技大学,材料与矿资学院,西安 710055
  • 西安建筑科技大学,材料与矿资学院,西安 710055; 西安建筑科技大学,机电工程学院,西安 710055
  • 西安建筑科技大学,机电工程学院,西安 710055

摘要: 基于Eulerian-Eulerian方法和流体体积技术,建立了三维多相流体动力学凝固模型,并将其与质量、动量、溶质和热焓守恒方程相耦合,对Fe-Pb合金侧向凝固过程进行了数值模拟。首先,分析了分布面积二次梯度(?(?SPb))和浓度二次梯度(?(?CPb))对偏析模式的影响,结果表明:液、气两相的流动相变使偏析模式表现为上端X形下端V形, X偏析由气相相变驱动力和多取向相变作用下的“散射”形成; t>tc时,随?(?SPb )和?(?CPb )曲线降低, X偏析的下偏析角增大,上偏析角和V偏析角减小, Pb收得率增大,有利于获得含量稳定弥散的凝固组织。此外,还研究了液、气两相交互流动下通道偏析的形成机理,结果表明:通道偏析仅存在于流动-相变交互作用(ul ·?cl和ug ·?cg)为负值的区域,该区域的流动扰动抑制合金的局部凝固,促进偏析通道生长;流动-相变交互作用负值越小,偏析通道持续增长越稳定。模拟结果与实验结果相符合,验证了模型的准确性。

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