Investigation on dendritic solidification and microsegregation in presence of melt convection using phase field simulation
Investigation on dendritic solidification and microsegregation in presence of melt convection using phase field simulation
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DOI：
10.1179/000844311x13117643274712
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发表时间：
2011-10
影响因子：
0.9
通讯作者：
H. Barati;M. Aboutalebi;S. Shabestari;S. H. Seyedein
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
H. Barati;M. Aboutalebi;S. Shabestari;S. H. Seyedein
摘要采用相场模型模拟了熔体强制对流条件下二元合金的枝晶凝固过程。研究了不同条件下熔体流动对熔体形态和溶质分布的影响。结果表明，流体的加入导致不对称的枝晶生长，这是放大通过增加流体速度。此外，研究发现，熔体流动对不同枝晶臂生长的影响取决于枝晶相对于流动方向的优先生长取向。对垂直于流动方向生长的枝晶臂的固体显微偏析研究表明，臂轴的位置随流速几乎呈线性变化。在浓度方程中引入一个被称为反捕获电流的调节项，可以防止溶质被高度捕获在固相中，并使相场模拟更加逼真，特别是对于高过冷度。利用一种相位差模型来模拟在没有对流力的情况下二元合金的枝晶凝固过程。本文探讨了在不同的条件下，溶液的形态和分布对溶液的性质的影响。研究结果表明，流体耦合的引入产生了一种不对称的树枝状弯曲，这种弯曲是由于流体的能量增加而产生的。此外，还探讨了bain耦合对不同分支交叉的影响，这取决于树枝状晶体交叉的方向，即耦合方向。研究了树枝状晶体在十字形槽中的显微聚集，确定了树枝状晶体轴的位置与槽的宽度成直线。介绍了一种称为对流-沉淀的泰尔梅术语，在固相中的对流沉淀浓度方程中的应用，并给出了在实际情况下的模拟，特别是在溢流情况下的模拟。
Abstract A phase field model has been used to simulate dendritic solidification of a binary alloy in the presence of forced melt convection. The influence of melt flow on morphology and solute distribution was investigated for various conditions. The results showed that incorporation of fluid flow causes asymmetric dendritic growth which is amplified by increasing fluid velocity. Moreover, it has been found that the effects of melt flow on the growth of different arms depend on the preferred growth orientation of the dendrite with respect to flow direction. Solid microsegregation study of the growing dendrite arm perpendicular to the flow direction indicated that the position of the arm axis varied almost linearly with flow velocity. Introducing an adjusting term called an antitrapping current in the concentration equation prevents solute from being highly trapped in the solid phase and causes the phase field simulations to be more realistic, especially for high undercoolings. On a utilisé un modèle de champ de phase pour simuler la solidification dendritique d’un alliage binaire en présence de convection forcée du bain. On a examiné l’influence de l’écoulement du bain sur la morphologie et la distribution de soluté sous des conditions variées. Les résultats ont montré que l’incorporation de l’écoulement du fluide produisait une croissance dendritique asymétrique qui est amplifiée par l’augmentation de la vitesse du fluide. De plus, on a trouvé que l’effet de l’écoulement du bain sur la croissance de différentes branches dépendait de l’orientation préférée de la croissance de la dendrite par rapport à la direction de l’écoulement. L’étude de la microségrégation solide de la branche de dendrite en croissance perpendiculaire à la direction de l’écoulement indiquait que la position de l’axe de la branche variait presque linéairement avec la vitesse de l’écoulement. L’introduction d’un terme d’ajustement, appelé courant de contre-piégeage, dans l’équation de concentration empêche le soluté d’être trop piégé dans la phase solide et rend les simulations de champ de phase plus réalistes, particulièrement dans les cas de surfusions élevées.