中文摘要：

针对大型涡扇发动机涡轮叶片的熔模铸造成形技术，通过数值模拟与实验研究相结合，研究单晶叶片定向凝固和熔模铸造过程中枝晶组织与杂晶缺陷的形成过程与机制。采用定向凝固和熔模铸造技术制备单晶叶片试件，试验研究抽拉速度、冷却强度等工艺参数对枝晶组织及其形貌和杂晶缺陷的影响，并建立单晶叶片凝固过程的微观组织模拟数学模型、杂晶的预测模型。在考虑界面前沿的温度梯度、枝晶间流动和溶质再分配的基础上，采用改进的Cel

结论摘要：

针对大型涡扇发动机用涡轮叶片，通过数值模拟与实验研究相结合的方法，研究了单晶叶片定向凝固过程中微观组织与杂晶缺陷的形成，优化了单晶叶片的制备工艺。采用定向凝固技术制备了单晶叶片，研究了抽拉速度、冷却强度等工艺参数对微观组织的影响。在考虑真空封闭炉腔内多叶片间复杂辐射换热的基础上，建立了多叶片定向凝固过程的热传输模型，提出了计算复杂辐射换热的射线追踪法。根据叶片定向凝固的特点，提出用分层算法计算整个叶片的微观组织演变。提出了新的单元捕获规则，可在有限差分网格中描述枝晶沿任意方向的生长情况。开发了具有自主知识产权的单晶叶片的微观组织与杂晶缺陷预报系统，并对单晶叶片的制备工艺进行了模拟与优化。对不同工艺条件下单晶叶片定向凝固过程进行了数值模拟，研究了晶体生长界面、温度及纵向温度梯度分布的变化。在此基础上，提出了变拉速工艺，既可获得高质量的单晶，又能提高生产效率。该项目对我国单晶叶片的研制具有重要意义，可提高我国单晶叶片的制造水平，推动我国大推重比航空发动机的研制。