中文摘要：

本项目发展了具有独创性的两个二维数值模型对流场作用下二元和三元合金凝固过程的枝晶生长规律进行模拟研究。与传统的基于求解Navier-Stokes (NS) 方程计算流场的方法不同, 新发展的模型采用格子Boltzmann方法(LBM)对凝固过程中的动量、质量和能量传输进行数值计算。采用局部溶质平衡方法 (对于二元合金)和CA方法(对于三元合金)计算枝晶生长动力学。新发展的模型比原先建立的CA-NS模型具有更好的定量模拟能力和数值稳定性，比相场-LBM耦合模型具有更快的计算效率。此外，建立了一个三维的溶质枝晶生长模型，提出了一种耦合了界面能各向异性的计算固/液界面曲率的新算法。通过将模拟结果与相关的理论和实验结果相比较，验证了所建立的三个模型的定量模拟能力。不仅可有效地模拟出逼真的枝晶形貌，还可根据不同凝固速度定量预测微观偏析和相分数。模拟分析了流场强度、过冷度、合金成分对凝固组织的影响规律。结果表明，对流将改变凝固过程的溶质场和温度场，从而对枝晶形貌产生重要影响。课题的研究结果将对理解凝固过程微观尺度的流场、浓度场、温度场和枝晶生长之间的相互作用机制、为发展有关的凝固理论提供重要依据。