二元系中二维稳态晶体生长问题的渐近分析

在二元系中的定向凝固过程中,研究小雷诺数无穷远来流作用下的二维稳态晶体生长过程中温度与浓度的变化。利用正则摄动方法求出问题的基态解与扰动态解,结果显示液固相温度和浓度沿晶体生长方向呈现指数衰减。结果证明了固液界面前沿浓度与温度呈现指数振荡衰减是晶体生长的一个本质特性．     

小雷诺数远场来流对二元系定向凝固的影响

利用正则摄动方法研究了在小雷诺数远场来流作用下二元系定向凝固问题,并考虑了杂质浓度对温度场及固液界面的影响.结果表明,在小雷诺数无穷远来流影响下,液、固相温度在界面附近均出现了温度起伏,浓度与温度在沿与边界垂直的方向上呈现振荡和指数型的衰减.     

强制对流作用下溶质枝晶生长的CA-LBM模拟

应用一个二维的元胞自动机(cellular automata, CA)-格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM) 耦合模型,对合金等温凝固过程中溶质枝晶在强制对流作用下的生长规律进行了模拟研究.该耦合模型采用CA方法模拟枝晶生长,同时采用基于分子动理论的LBM模拟枝晶生长过程中的流场和浓度场.应用该模型模拟分析了过冷度和成分等因素对Al-Cu合金在纯扩散和对流作用下单枝晶的生长规律的影响.结果表明,在纯扩散条件下,模拟的枝晶稳态生长尖端速度、半径、Peclet数和过冷度的关系与Lipton-Glicksman-Kurz (LGK)模型的预测结果吻合良好.对流作用下枝晶的生长形貌呈现出了不对称性,枝晶的生长在上游方向得到促进,而在下游方向受到抑制.合金成分和初始过冷度等因素会对枝晶形貌和生长动力学产生影响.     

枝晶生长的介观尺度三维数值模拟

为预测合金介观组织的形成与演变,提出了改进的三维元胞自动机(CA)模型。该模型采用枝晶形状函数,简化描述介观区域的枝晶生长轮廓;利用基于Euler角的空间坐标转换,描述随机晶向的多晶粒生长;采用Hash表加速算法,耦合了溶质场计算,采用数值算法处理固液界面的溶质再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程,并具有较高的计算效率。模拟结果表明:不同模拟区域和网格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响;较快冷却速度下,存在溶质富集和枝晶偏析。对Al4Cu合金的砂型和金属型试样的显微组织分别进行模拟,结果与实验符合较好。     

合金凝固过程中等轴枝晶生长的数学模型

在枝晶晶粒的尺度上，从同时满足溶质守恒与热平衡的原则出发，提出了合金凝固过程中等轴枝晶生长的数学模型。该模型由４个相互联系的微分方程组成，可通过计算机求解，为模拟枝晶合金凝固组织的形成过程奠定了初步基础。     

枝晶生长的介观尺度三维数值模拟

为预测合金介观组织的形成与演变,提出了改进的三维元胞自动机(CA)模型。该模型采用枝晶形状函数,简化描述介观区域的枝晶生长轮廓;利用基于Eu ler角的空间坐标转换,描述随机晶向的多晶粒生长;采用H ash表加速算法,耦合了溶质场计算,采用数值算法处理固液界面的溶质再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程,并具有较高的计算效率。结果表明:不同模拟区域和网格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响;较快冷却速度下,存在溶质富集和枝晶偏析。对A l4Cu合金的砂型和金属型试样的显微组织分别进行模拟,结果与实验符合较好。     

工艺因素对灰铸铁中γ枝晶生长形貌的影响

试验研究了灰铸铁中γ枝晶的生长形貌及工艺因素的影响作用。发现γ枝晶按其生长形貌特征可分为外生柱状枝晶、发达等轴枝晶和短粗的不发达的内生等轴枝晶三种基本类型。浇注温度对枝晶生长形貌影响较为显著，高温浇注易获得外生柱状枝晶；接近初晶凝固温度浇注易获得内生等轴枝晶，１３００℃左右浇注易获得发达等轴枝晶，且其相应的抗拉强度最高．铸型条件主要影响枝晶数量、晶臂间距和次生晶臂长度。铁水用硅基孕育剂进行孕育处理，对γ枝晶的生长形貌影响不大。     

落管中Al-Ge亚共晶合金的快速枝晶生长

采用落管无容器处理技术研究了Al-45%Ge亚共晶合金在无容器条件下的深过冷与快速枝晶生长.自由落体过程中液滴达到的过冷度范围为13～201K,最大过冷度达0.27T L .发现初生(Al)相的生长形态随着过冷度的增大由柱状枝晶向等轴枝晶转变.根据快速枝晶生长理论对初生(Al)相的枝晶生长速度进行了计算,结果表明初生(Al)相的生长始终受溶质扩散控制,没有发生从溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变.     

枝晶生长过程的相场方法模拟研究

采用相场方法对金属枝晶的生长过程进行数值模拟。用凝固相场方程描述过冷条件下枝晶生长的物理过程,同时在相场方程中耦合温度场方程以体现凝固过程中释放的潜热对相变的影响。采用有限差分法进行求解,讨论了松弛时间、方向角、界面宽度、熔点、各向异性、潜热等因素对枝晶的形状和生长的影响。结果表明,随着松弛时间、界面宽度和熔点的逐渐增加,晶体的生长速率也在逐渐增加,并且枝晶越来越发达。     

用相场方法模拟纯物质在过冷状态下的二维枝晶生长

通过相场理论建立了纯物质镍在过冷溶液中枝晶生长的相场模型．把相场方程和温度场方程进行耦合，建立了相对应的相场模型．该模型以熵增加函数为基础，通过熵增加函数推导出热力学一致性的相场控制方程．利用上述的模型和方法在计算机上编制二维组织凝固模拟程序得出结论：网格精度影响模拟过程的精确度；各向异性强度影响枝晶尖端生长速度。     

过冷金属熔体中枝晶生长的各向异性效应

基于Karma-Rappel相场模型,模拟了纯金属在量纲为1过冷度为0.45时等轴枝晶生长过程中晶粒形貌和温度场的变化. 研究了不同各向异性条件下等轴晶晶粒形貌的演化过程. 模拟结果显示,各项异性系数的大小对晶粒的形貌有重要影响. 当各项异性为0.05时,枝晶在生长过程中出现了"颈缩"现象,枝晶中温度梯度最大的方向总是与最优生长方向保持一致.     

大吸附雷诺数下胀-缩壁面管道非稳态流动渐近求解

研究了大吸附雷诺数下,可渗透、膨胀或收缩的半无限长管道中的层流流动. 采用自相似理论,把描述该模型的Navier-Stokes方程转化成一个四阶的非线性微分方程. 应用奇异摄动方法,对该方程进行渐近求解. 分析了不同的膨胀系数、吸附雷诺数对管道流动的影响. 壁面收缩时,边界层变薄;壁面膨胀时,边界层变厚;当膨胀率与雷诺数之比大于1时,管道流动出现回流.     

强迫对流下各相场参数对枝晶生长的影响

利用耦合流场的相场模型,以N-iCu二元合金为例研究各相场参数对金属凝固过程中枝晶生长的影响。结果表明:对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长;扰动的引入可以促进枝晶二次枝晶臂的生长,但基本上不影响枝晶尖端稳态行为。     

Asymptotic Solution of Steady Dynamic Crack Growth in a Power-law Elastic-plastic Solid

ＡｓｙｍｐｔｏｔｉｃＳｏｌｕｔｉｏｎｏｆＳｔｅａｄｙＤｙｎａｍｉｃＣｒａｃｋＧｒｏｗｔｈｉｎａＰｏｗｅｒ┐ｌａｗＥｌａｓｔｉｃ┐ｐｌａｓｔｉｃＳｏｌｉｄ＊ＺｈｕＸｉａｎｋｕｉ（朱先奎），ＨｗａｎｇＫｅｈｃｈｉｈ（黄克智）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇ...     

天然河道岸边排污的三维数值模拟

对某磷肥厂废水排入某江干流－河段形成的流场和浓度场的进行了三维数值模拟，并采用原观测资料对数学模型和计算方法进行了验证，三维计算中采用了实际的地形资料和标准k－ε模型方程组，成功地模拟了天然河流岸边水面排放形成的流场与浓度场，计算结果与原型观测数据具有良好的一致性。     

Rapid dendritic growth of Al-Ge hypoeutectic alloy in a drop tube

Abstract Dendritic growth in Al-45% Ge hypoeutectic alloy has been investigated during free fall in a 3 m drop tube. Calculationsindicate that the undercooling obtained for the falling Al-45% Ge droplets ranges from 13 K to 201 K. The maximum undercooling attains0. 27 T_L. With the increase of undercooling, the primary (Al) phase undergoes a "columnar dendrite to equiaxed dendrite" structural tran-sition. According to the current rapid dendritic growth theory, the growth of primary (Al) phase is always controlled by solute diffusion.     

锥形风幕风扇流场数学模型及其解析解

针对普通风扇在有毒有害车间局部控制效果较差的缺点,研制出一种新型风扇——锥形风幕风扇.该风扇的同一轮毂安装两组角度相反的锥形风幕风扇叶片.风扇环形外腔产生的正压湍流射流在内腔负压汇流作用下形成锥形风幕流场,将处于流场范围内的气体及粉尘严密封闭起来,使安全生产得到保障.在将风扇风流近似为稳定、不可压缩无旋流的情况下,引入相对速度分布函数,通过解析解法建立了流场数学模型,得出了其解析解,为锥形风幕风扇的应用奠定了理论基础.