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中文摘要：
液相流动是金属凝固过程和晶体生长过程中的重要传输现象。它是液固界面的稳定性和凝固组织形成的主要控制因素。但由于受到实验技术的限制，无法实时观测金属凝固的全过程。特别是对液固两相区中的微观流动（大小如晶粒、胞晶、枝晶等尺度）、微观流动与宏观流动（大小约为坩锅尺度）的相互关系，以及对材料的结构、性能的影响等方面，亟需深入的研究和探讨。本项目发展一种光学实时观测及外场主动控制技术，揭示微观流动在凝固过程中对材料偏析、结构和性能的影响机理；建立微观流动的随机动力学方程，研究微观流动形成的动力学机制和主动控制微观流动效应。在此基础上，提出适合于液固相变过程的流体运动无量纲参数的新判据；探索激光引发的极端非平衡条件下微观流动的规律；及其对纳米颗粒形成和溶覆层内细密枝晶组织形成的影响。为制备高性能、新型金属材料，特别是金属功能材料提供理论依据。
结论摘要：
液相流动是金属凝固和晶体生长中液固界面的稳定性和凝固组织构成的主要控制因素.本课题聚焦于凝固过程中的微观输运.在实验上以氧化物为模拟材料,应用光学实时观测技术研究"纯扩散"溶质流.同时配合实验现象,建立二维溶质输运理论模型,得到了下面主要的结论:1）求解了二元系溶质扩散方程,证实了实验测得的KNbO3溶质二维界面流为微观对流,它是二元体系的质量平均速度.2）对表征高温氧化物溶液流体物性无量纲参数的分析表明,在材料凝固过程中存在于液固界面附近的微观对流是溶质边界层存在的唯一判据.在无量纲Prandtl数和自由表面形变系数计算基础上,选择NaBi(WO4)2作为金属的模拟材料.3）实验发现,对流对NaBi(WO4)2枝晶发展具有抑制作用,通过负离子配位多面体理论模型解释了NaBi(WO4)2枝晶生长的机制.氧化物材料凝固过程观察发现,伴随着微观对流存在的是条纹聚集体的形成.4）旋转磁场能碎断和细化Pb-Sn合金枝晶,外加稳恒磁场则能有效抑制氧化物熔体中的振荡态表面张力对流.5）急冷条件下,非平衡流体效应引起质热输运形式的变化,使Prandtl数远大于1的氧化物材料界面易形成骸晶或枝晶形态.
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