一种新型潜热处理模型显微偏析数值模拟的应用
SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用
SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用胡偶;赵宁;沈志伟【摘要】The numerical method for solving Navier-Stokes equations is developed based on the SST k-w turbulence model and the delayed detached-eddy simulation(DDES).Meanwhile,the preconditioning technique coupled with implicit dual time stepping approach is implemented to simulate large separated flows with low speed and high Reynolds number.Low speed flow over a delta wing and separation flows around a 6:1 prolate spheroid are simulated.The simulated complex vortex structures agree well with physical analyzed results and experimental data.%采用基于SST k-w湍流模型耦合延迟脱体涡模拟技术(Delayed detached-eddy simulation,DDES)的SST-DDES模型,数值求解Navier-Stokes方程.并针对低速流动问题,发展了基于隐式双时间步方法的低速预处理技术,用于数值模拟低速、高雷诺数湍流大分离流动问题.数值模拟了低速大迎角三角翼绕流及大迎角6∶1椭球绕流,观察到与物理现象相一致的旋涡特征,且得到的定量数值结果与实验数据相吻合.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2017(049)002【总页数】6页(P206-211)【关键词】SST k-w湍流模型;延迟脱体涡模拟;预处理;Navier-Stokes方程;分离流动【作者】胡偶;赵宁;沈志伟【作者单位】中国直升机设计研究所,景德镇,333000;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】V211在直升机、固定翼等飞行器设计领域，大分离流动和旋涡主导流动是经常会遇到的流动现象，如飞机大迎角飞行时机翼后部形成分离涡、直升机旋翼脱出的尾迹涡等，这些脱体涡结构在形成、发展、破碎等过程中，存在着复杂的流动机理，在整个流场中起着主导作用。
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
再循环烟气引入位置对1_000_MW_超超临界锅炉影响的数值模拟研究
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煤炭转化
2023 年
多种再循环烟气引入位置的详细对比研究与分析, 尤其缺少常规引入位 置 (主 燃 区 上、下 方)和 将 再 循 环烟气随一次风引入的对比研究。
本研究针对一台1000 MW 四角切圆塔式锅炉 进 行 数 值 模 拟 ,该 机 组 锅 炉 采 用 二 次 再 热 技 术 ,并 首 次将超超临界锅炉 的 蒸 汽 参 数 提 升 至 650 ℃ 等 级, 对其进行燃烧数值模拟具有重要意义。本研究探究 了不同再循环烟气引入位置对该机组锅炉的燃烧、 NOx 生成特性、屏 底 烟 温 和 炉 膛 换 热 的 影 响,研 究 结果可为 锅 炉 的 低 NOx 排 放、蒸 汽 温 度 调 节 和 实 际稳定运行提供参 考,对 同 类 型 锅 炉 再 循 环 烟 气 引 入位置的选取有指导性意义。
high-pressure low-temperature reheater
Furnace height / m
1.2 数值模拟方法
锅炉内的煤粉燃烧是一个包含气固湍流流动、 燃烧、辐 射 和 传 热 传 质 的 复 杂 过 程。 本 研 究 利 用 Fluent软件进行全炉 膛 数 值 模 拟 计 算,湍 流 模 型 采 用标准k-ε 双方 程 模 型;采 用 涡 耗 散 的 组 分 输 运 模 型模拟气相湍流燃 烧,该 模 型 假 定 反 应 速 率 由 湍 流 主导;采用 P1辐射模 型 模 拟 炉 膛 内 的 辐 射 换 热,该 模型简单有 效,在 锅 炉 模 拟 中 得 到 广 泛 应 用[17];采 用双方程平行反应 模 型 模 拟 煤 粉 颗 粒 热 解;采 用 扩 散/动 力 控 制 反 应 速 率 模 型 模 拟 焦 炭 的 燃 烧 ,指 前 因 子设为0.0043kg/(m2·s·Pa),活化能设为 83.7 kJ/mol;NOx 体 积 分 数 采 用 后 处 理 计 算 的 方 法 得 到,考虑热力型 NOx 和 燃 料 型 NOx 。 热 力 型 NOx 体积 分 数 计 算 采 用 扩 展 的 Zeldovich 机 理,自 由 基 浓度 采 用 部 分 平 衡 方 法 计 算,燃 料 型 NOx 采 用 De Soete 模 型 计 算,忽 略 生 成 量 较 少 的 快 速 型 NOx 。 [18]
论铝合金的挤压机固溶热处理及6063-t6材料的优化生产工艺参数
论铝合金的挤压机固溶热处理及6063-t6材料的优化生产工艺参数1. 引言1.1 概述铝合金作为一种重要的结构材料，在各个领域得到了广泛的应用。
挤压是铝合金加工中常见的一种方法，通过挤压机将铝合金熔化后经模具挤压成型，可实现复杂形状的制造。
然而，在挤压过程中，铝合金会发生固溶热处理，即将材料加热至一定温度，使其中的固溶体中原子重新排列形成均匀分布的固溶体。
固溶热处理对于提高铝合金的强度和硬度非常重要。
本文旨在探究铝合金挤压机固溶热处理的定义、原理以及工艺流程，并结合具体实例分析影响因素。
另外，文章还将重点对6063-T6材料进行特性分析，并介绍其在各个应用领域中的需求。
最后，我们将针对6063-T6材料优化生产工艺参数这一问题进行深入研究。
1.2 文章结构本文主要包含五个部分：引言、铝合金挤压机固溶热处理、6063-T6材料特性分析、6063-T6材料优化生产工艺参数方法研究以及结论和进一步研究展望。
引言部分主要介绍本文的背景和目的，并概述了铝合金挤压机固溶热处理及6063-T6材料优化生产工艺参数这两个主要内容。
接下来，将详细阐述铝合金挤压机固溶热处理的定义、原理和工艺流程，以及影响因素。
随后，会对6063-T6材料进行特性分析，包括其组成、性质以及在不同领域中的需求。
然后，我们将深入探讨如何通过实验设计与方法来优化6063-T6材料的生产工艺参数，并介绍相关的参数优化模型构建和求解过程。
最后，将总结本文的主要研究结论，并展望未来关于铝合金挤压机固溶热处理以及6063-T6材料优化生产工艺参数方面的进一步研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解铝合金挤压机固溶热处理这一重要环节，并深入分析其中的定义、原理、工艺流程以及影响因素。
同时，通过对6063-T6材料的特性分析，可以更好地理解该材料在不同领域中的需求，并强调生产工艺参数优化的重要性。
最后，本文将通过实验设计与方法研究6063-T6材料的优化生产工艺参数，以期为相关领域提供有益的参考和指导。
基于PredRNN++模型对南海中尺度涡旋的预测研究
doi: 10.11978/2023060基于PredRNN++模型对南海中尺度涡旋的预测研究赵杰, 林延奖, 刘燃, 杜榕复旦大学大气与海洋科学系, 上海 200438摘要: 基于26年的海表面高度异常、海表面风速异常、海表面温度异常资料, 利用时空序列预测模型PredRNN++, 本文预报 1~28d 时效的南海中尺度涡旋轨迹和南海西部偶极子活动。
结果表明, PredRNN++模型能从整体上考虑整个南海区域时空演变特征和环境风场、温度场的作用, 在短期(1~2周)、中期(3~4周)预报上具有良好的性能。
该模型具备一定预报涡旋产生、消亡的能力, 且能将涡旋轨迹4周预报误差控制在42.1km, 对于生命时长小于100d 的涡旋生命中期的位置、振幅预报误差小。
此外模型在8—11月份的月平均、4天平均下的任意时间点和任意预报时效下均能较好地追踪到偶极子结构的演变、强度变化, 偶极子涡旋相关属性预报误差最小且存在年际、类型差异, 2017年涡旋1~4周振幅位置、预报、半径误差最小, 分别为40~60km 、3~5cm 、20~40km, 且气旋涡位置预报效果优于反气旋涡。
关键词: 中尺度涡旋; 越南偶极子; 海洋预报; 深度学习中图分类号: P731.3 文献标识码: A 文章编号: 1009-5470(2024)01-0016-12Prediction of mesoscale eddies in the South China Sea based on the PredRNN++ modelZHAO Jie, LIN Yanjiang, LIU Ran, DU RongDepartment of Atmospheric and Oceanic Science, Fudan University, Shanghai 200438, ChinaAbstract: Based on 26 years of data on sea level anomalies, sea surface wind speed anomalies, and sea surface temperature anomalies, using the spatiotemporal series prediction model PredRNN++, this paper predicts the trajectory of mesoscale eddies in the South China Sea and dipole activity in the western South China Sea over a period of 1 to 28 days. The results indicate that the PredRNN++model can comprehensively consider the spatiotemporal evolution characteristics of the entire South China Sea region and the role of environmental wind and temperature fields, and has good performance in short-term (1~2weeks) and medium-term (3~4weeks) forecasting. This model has the ability to predict the generation and disappearance of eddies to a certain extent, and can control the 4-cycle prediction error of eddy trajectories to 42.1 km. For eddies with a lifespan of less than 100 days, the mid-term position and amplitude prediction error are small. In addition, the model can better track the evolution and intensity change of dipole structure at any time point under the monthly average, 4-day average and any forecast time effect in August-November. The prediction error of dipole eddy related attributes is the smallest and there are interannual and type differences. In 2017, the amplitude position, prediction and radius error of eddy 1-4 cycles are the smallest, which are 40~60 km, 3~5 cm and 20~40 km respectively, and the prediction effect of cyclone position is better than that of anticyclone.Key words: mesoscale eddies; dipole off eastern Vietnam; ocean forecast; deep learning收稿日期：2023-05-12; 修订日期：2023-06-08。
预冷组合发动机中微通道换热器的仿真分析
预冷组合发动机中微通道换热器的仿真分析朱岩;马元;张蒙正【摘要】A mathematical model of hydrogen/ helium microchannel heat exchanger for the synergistic air-breathing rocket engine (SABRE) was built for simulation analysis on the heat exchange characteristics.The calculation results show that the errors between simulation analysis result and literature data are within 10％.According to the similarity transformation of geometrical dimensions for heat exchange channels,the response curves of microchannel characteristic geometrical parameter with Reynolds number and the change rule of the characteristics of the hydrogen/helium microchannel heat exchanger were obtained.%建立了预冷组合循环发动机(SABRE)的氢/氦微通道换热器数学模型,进行换热特性的仿真分析.计算结果表明:仿真分析的结果与文献数据误差在10％以内,并通过对换热通道几何尺寸的相似变换,获得了微通道特征几何参数随雷诺数的响应曲线,以及氢/氦微通道换热器在特征工况条件下的特性变化规律.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2017(043)002【总页数】7页(P18-24)【关键词】SABRE;微通道换热器;数值仿真;特性分析【作者】朱岩;马元;张蒙正【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V434-34近年来，重复使用航天运载器已成为航天运输领域的重要方向，组合动力已成为核心发展方向[1]。
国内外轴承钢的现状与发展趋势
国内外轴承钢的现状与发展趋势随着机械工业的不断发展，轴承钢在其中的地位越来越重要。
作为一种高精度、高要求的特殊钢种，轴承钢广泛应用于各种轴承、齿轮、传动轴等关键部位，直接影响着机械设备的性能和使用寿命。
本文将概述国内外轴承钢的现状及发展趋势。
在国外，轴承钢的生产已经形成了完整的体系，从原材料制备到生产加工、热处理、质量检测等环节都具备较高的技术和设备水平。
例如，瑞典斯堪纳（Skaner）和德国葛利兹（Gritsch）等公司，其轴承钢的生产规模大、质量稳定，产品广泛应用于各种机械设备中。
相比之下，国内轴承钢产业起步较晚，生产技术和设备水平相对落后。
虽然国内轴承钢产量逐年增加，但产品质量和稳定性仍需进一步提高。
国内轴承钢生产成本较高，主要是由于原材料和能源价格的上涨以及技术水平的限制。
随着政策、经济、技术等多方面因素的影响，国内外轴承钢的发展趋势呈现以下特点：产品质量和稳定性不断提高。
为了满足机械设备的高精度、高要求，轴承钢的生产将更加注重原材料的选取、生产工艺的优化以及热处理技术的提升。
通过引进先进的生产设备和工艺技术，提高轴承钢产品的质量和稳定性。
生产成本降低。
为了提高轴承钢的市场竞争力，降低生产成本成为关键。
通过提高生产设备的利用率、优化原材料的采购渠道以及强化生产管理等措施，降低轴承钢的生产成本。
多元化的应用领域。
随着机械工业的发展，轴承钢的应用领域将越来越广泛。
除了传统的轴承、齿轮、传动轴等部位，轴承钢还将应用于航空航天、高速列车、石油化工等领域。
这些领域对轴承钢的性能和质量要求更高，将进一步促进轴承钢技术的发展。
环保和节能。
随着全球环保意识的提高，轴承钢的生产将更加注重环保和节能。
采用绿色生产工艺、降低能源消耗、减少废弃物排放等措施，实现轴承钢生产的可持续发展。
轴承钢作为机械工业的关键材料，其生产技术和产品质量直接关系到机械设备的性能和使用寿命。
目前，国外轴承钢的生产已经具备较高的技术和设备水平，而国内轴承钢产业仍有较大的发展空间。
北京工业大学2021年硕士研究生招生考试大纲(材料科学基础875)
2021年硕士研究生招生考试大纲考试科目名称：材料科学基础考试科目代码：875一、考试要求材料科学基础考试大纲适用于北京工业大学材料与制造学部先进材料研究院（0805）材料科学与工程、（0856）材料与化工（专业学位）和材料与制造学部激光工程研究院（0803）光学工程、（0854）电子信息（专业学位）的硕士研究生招生考试。
此课程是材料科学与工程学科的重要基础理论课，是理解并学习各种材料其结构、加工工艺与性能之间联系的基础。
材料科学基础的考试内容主要包括各类材料共性基础知识部分（原子结构与结合键、晶体结构、晶体缺陷、相图与相平衡、材料的凝固）、金属材料基础知识部分（金属晶体中位错、表面与界面、塑性变形与再结晶、金属晶体中扩散、固态相变、金属材料强韧化）和无机材料基础知识部分（无机材料化学键结构与晶体结构、无机材料的缺陷、无机材料的相图与相变过程、无机材料的基本制造加工原理、无机材料的机械性能、无机材料的光学和电学性能），要求考生对其中的基本概念和基础理论有深入的理解，系统掌握各类基本概念、理论及其计算和分析的方法，具有综合运用所学知识分析和解决材料科学与工程实际问题的能力。
二、考试内容考试内容分为材料共性知识、金属材料基础知识和无机材料基础知识三大部分，总分150分。
其中，材料共性知识部分所有学生均需作答，共105分；金属材料基础知识部分和无机材料基础知识部分考生需根据自己的专业背景二选一作答，不能混做，共45分。
题型一般包括名词解释、填空、判断正误、问答、计算、分析题等。
（一）材料共性知识部分1.原子结构与结合键（1）熟练掌握电离能、电子亲和能、电负性、金属间化合物、电子化合物等概念，熟练掌握原子核外电子排布，理解光的波粒二象性、测不准原理、泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理、电子能带结构理论（2）熟练掌握各种结合键的概念、特点、代表材料，通过结合键及原子间作用力和键能分析材料的物理化学性质2.晶体结构（1）掌握空间点阵、晶胞、空间群等晶体学基本概念，三大晶族与七大晶系分类，理解晶体的宏观对称性（2）熟练掌握简单立方、体心立方、面心立方、密排六方等结构的堆积方式、配位数、致密度、晶胞原子数、点阵常数与原子半径之间的关系，熟练掌握各种结构中晶向指数和晶面指数的表征，晶向族、晶面族的确定，晶面间距的计算，晶带定律的应用3.晶体缺陷（1）熟练掌握晶体缺陷的分类，点缺陷的平衡浓度计算，固溶体的分类、概念、特点、形成条件及影响因素，缺陷反应方程计算（2）熟练掌握各类位错的定义及相关的基本概念，如滑移、滑移面、滑移方向、滑移系、临界分切应力、全位错、不全位错、位错密度等；掌握刃位错、螺位错的特点及其柏氏矢量的概念、确定与表征方法，掌握发生位错反应的条件及其产物（3）熟悉各类面缺陷及体缺陷的定义及其对材料性能的影响4.相图与相平衡（1）熟练掌握组元、组织、相、相平衡等重要概念的区别，理解相平衡时系统的特点，相律的计算，能够根据冷却曲线建立相图（2）熟练掌握各类二元基本相图的分析，熟练掌握匀晶、包晶、共晶、亚共晶、过共晶、共析、亚共析、过共析转变的概念、表达式、平衡结晶过程及组织特点，熟练利用杠杆定律计算相组成物和组织组成物（3）熟练掌握作为二元相图的典型代表—铁碳相图的分析，包括但不限于各特性点和特性线的温度与碳浓度、相区名称、不同转变过程的组织特点等（4）熟悉三元系相图的表示方法、直线法则、杠杆定律、重心法则5.材料的凝固（1）熟练掌握晶体材料结晶与长大过程中相关的重要概念，如过冷度、均匀形核、非均匀形核、正（负）温度梯度、成分过冷、相变潜热、伪共晶等（2）熟练掌握纯金属的结晶过程，形核的热力学条件与结构条件，熟悉晶体长大机制，温度梯度对晶体生长形态的影响（3）熟练掌握固溶体结晶的成分起伏、结构起伏和相起伏的概念，掌握显微偏析、宏观偏析等非平衡结晶过程对材料性能的影响，深入理解成分过冷的形成过程及不同温度梯度对晶体形貌的影响（4）掌握铸锭组织的特点、形成机制及影响因素（二）金属材料基础知识部分1.金属晶体中位错（1）熟悉位错弹性力学性质与位错能量（2）掌握位错运动特点、位错运动的驱动力、阻力及对金属材料组织和性能的影响（3）熟悉主要位错源及位错增殖发生临界条件（4）掌握面心立方金属晶体中的位错（5）熟练掌握位错与其它晶体缺陷交互作用及对于金属材料性能影响2.表面与界面（1）熟悉表面与晶界结构（小角度晶界、大角度晶界）、晶界的能量（2）熟练掌握晶界的平衡偏析产生原因、影响因素及对于金属材料性能影响（3）熟练掌握晶界的迁移机制、影响因素及对于金属材料性能影响（4）熟悉相界面界面结构及界面能对于显微组织形貌影响3.塑性变形与再结晶（1）熟悉金属材料变形机制（2）熟练掌握金属多晶体塑性变形特点及细晶强化机制（3）熟练掌握合金塑性变形特点及固溶强化及第二相强化机制（4）熟练掌握塑变过程中的位错交互作用及缺陷强化机制（4）熟悉塑性变形对金属材料组织、结构、性能的影响（5）熟悉冷变形金属的回复与再结晶及晶粒长大过程、影响因素及应用（6）熟悉金属热加工及超塑性机制、特点及应用4.金属晶体中扩散部分（1）熟练掌握扩散宏观规律、扩散的微观机制及相关问题计算（2）熟悉扩散热力学分析、扩散系数及影响因素（3）熟悉反应扩散过程及反应扩散层结构确定5.固态相变部分（1）掌握固态相变一般特征（2）熟练掌握成分不变的相变、钢在加热时转变及共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、脱溶转变相变过程，以及在金属材料领域的应用6.金属材料强韧化部分（1）熟练掌握金属材料强化类型、基本原理及在金属材料中的应用（2）熟练掌握金属材料韧化机理及在金属材料中的应用（三）无机材料基础知识部分1.无机材料化学键结构与晶体结构（1）熟练掌握离子键、共价键、混合键、范氏键和氢键的定义，与材料性能之间的主要关系（2）熟练掌握鲍林规则、推算结构的方法和牢记相关数据（3）熟练掌握基本无机材料的结构特点，能够画出相关结构示意图（4）熟练掌握硅酸盐结构的分类和特点，无机玻璃的定义、通性和结构特点，了解相关材料的结构与应用之间的关系（5）掌握碳及含碳材料的结构与应用（6）学会计算和推算无机材料密度的方法2.无机材料的缺陷（1）熟练掌握缺陷的分类、定义和表达方式（2）学会分析缺陷与材料性能的关系3.无机材料的相图与相变过程（1）熟练掌握基本相图的分析，包括SiO2、SiO2-Al2O3、CaO-SiO2、MgO-Al2O3、ZrO2-CaO、MgO-Al2O3-SiO2（2）能够利用相关相图来讨论相变过程，例如，石英各相、莫来石和尖晶石、硅酸钙各相、锆石各相和堇青石的形成和相变过程，进而可以推测材料结构的形成和性能的变化规律（3）掌握玻璃材料的相变过程、结构和性能特点，学会通过相图设计组成和分析玻璃及其缺陷的形成过程（4）掌握玻璃分相现象的定义、表述、结构特点和应用（5）掌握普通陶瓷的相变过程和岩相分析；常用耐火材料和硅酸盐水泥熟料各相的特点和基本分析判别方法4.无机材料的基本制造加工原理（1）粘土陶瓷、玻璃、微晶玻璃、硅酸盐水泥熟料（2）掌握成型、烧结、扩散、熔化、冷却和后加工的定义、控制和测量5.无机材料的机械性能（1）掌握单晶和多晶陶瓷断裂机制，材料脆性断裂的特点（2）非晶材料的断裂和性能特点（3）掌握无机材料增强的基本原理和方法6.无机材料的光学和电学性能（1）掌握基本光学性能的定义、与材料组成结构的关系（2）掌握基本电学性能的定义、与材料组成结构的关系（3）了解陶瓷和玻璃着色的原理和生产技术（4）了解陶瓷压电性能的控制和应用三、参考书目1.《材料科学基础》，徐恒钧主编，刘国勋主审，北京工业大学出版社，2002年出版2.《材料科学与工程基础》，郭福等译，化学工业出版社，2016年出版，（译自于，Fundamentals of Materials Science and Engineering,4th Edition,William D.Callister Jr.,John Wiley&Sons Inc.,2013）3.《金属学与热处理》，崔忠圻主编，机械工业出版社，1989年出版（第二版为2011年出版）4.《陶瓷导论》，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室译，高等教育出版社，2016年出版，（译自于，Introduction to Ceramics,2nd Edition,Kingery,W.D, John Wiley&Sons Inc.,1976）。
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。为了准确预测铸件或铸锭不同位置的显
微偏析， 需要把微观计算与温度场计算耦合起来， 即向 微观模型输入不同位置的热历史。这样， 在宏观计算中 对凝固潜热的处理对微观计算的精确性有显著的影响。 本课题主要研究采用潜热处理模型， 简化宏 % 微观迭代 耦合方法并准确预测显微偏析的形成。
收稿日期： #00+ 1 0# 1 #3 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （+224)0!!） 第一作者简介： 刘永刚， 男， 博士， 讲师， 南京理工大学材料科学与工程系， 南京 （#!002)） ， 电话： 马鞍山钢铁股份有限公司。6 1 789’： !245 年出生， 0#+ 1 3)"!+!+2， ’:;<=->? @ 789’*<=->?*AB-*C<
显微偏析是由发生在液相与固相中的溶质分配引 起的在二次枝晶臂间的成分不均匀而形成的。为了模 拟显微偏析的形成， 国外已经出现了一些先进的微观模
［! D 2］ ， 在这些模型中考虑了固相扩散、 枝晶粗化、 过冷 型
形式保持不变。等价比热容与真实比热容的关系为： !! " # !" $ % "& > "’ （!）
先进的潜热处理模型引入显微偏析数值模拟， 对 &’() * +,- 合金铸锭显微偏析的形成进行了数值模拟。在模型中考虑了树 枝晶粗化、 固相溶质逆扩散、 枝晶尖端过冷、 随温度变化的溶质扩散系数等动力学因素， 微观数值方法中采用变网格技术跟 踪移动界面， 通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。在简化耦合算法的情况下， 模拟结果与试验 结果符合。 关键词 潜热； 显微偏析； 数值模拟 ./!!! * ) 文献标志码 & 文章编号 （#00+） !00! 1 ##)2 0+ 1 0#3) 1 0" 中图分类号
*//3 年第 *3 卷第 3 期
. 1 L@))97 L K! & ’9,:N6B6)G>:86) %@E9) @= %:87@D9C79C6>:@B 6BE #@67D9B:BC :B 6 （*） ： M:B67G &))@G! J@(7B6) @= #7GD>6) S7@F>5， "---， "-1 000 ; 02/ T@@ O， <:, # J! & K9=:B9E ’@)(>9 I:==(D:@B %@E9) =@7 #@)(,B67 I9BE7:>:8 &)N )@G ’@):E:=:86>:@B! $B>97B6>:@B6) J@(7B6) @= O96> 6BE %6DD ?76BD=97， "--4， 2" （*2） ： 2 01- ; 2 040 4 L@))97 L K! & ’9,:N6B6)G>:86) %@E9) @= %:87@D9C79C6>:@B :B 6 M:B67G &))@G! （*） ： J@(7B6) @= #7GD>6) S7@F>5， "---， "-1 0*3 ; 00* L@))97 L K， M98U97,6BB #! &AA7@V:,6>9 %@E9)D @= %:87@D9C79C6>:@B F:>5 （""） ： #@67D9B:BC ! %9>6))(7C:86) 6BE %6>97:6)D ?76BD68>:@BD， "---， 0/& 0 /". ; 0 /""/ "" 柳百成 ! 铸件凝固过程的宏观及微观模拟仿真研究进展 ! 中国工程科 学， （ ： *///， * -） *- ; 01 ’567,6 I S K， <7:D5B6B %， K6W:BE76B #! I9>97,:B6>:@B @= >59 K6>9 @= X6>9B> （0） ： *///， 22 0/O96> X:Q976>:@B :B M:B67G &))@GD! %6>97:6)D #56768>97:R6>:@B， ; 0*/ "* K@@DR &， O6)E97 Y， YVB97 O Y! Z(,97:86) #6)8()6>:@B @= %:87@D9C79C6>:@B :B #@67D9B9E I9BE7:>:8 %:87@D>7(8>(79D! %6>97:6)D ’8:9B89 6BE ?985B@)@CG， "-4.， （ ： * ""） " "2- ; " "33 "0 "2 "3 ". <(7R [， S:@W6B@)6 M， ?7:W9E: K! ?59@7G @= %:87@D>7(8>(76) I9W9)@A,9B> I(7N （3） ： "-4.， 02 4*0 ; 40/ :BC K6A:E ’@):E:=:86>:@B! &8>6 %9>6)) ! ， 刘永刚， 孙瑜， 邱宗文等 ! 显微偏析数值模拟的微观模型和数值方法 ! 中国有色金属学报， （0） ： *//2， "2 003 ; 00刘永刚， 孙瑜， 孙国雄 ! 微观结点数目对显微偏析数值模拟的影响 ! 中 （ ：11 ; 4" 国工程科学， *//2， . *） 刘永刚， 陈晋， 孙国雄等 ! 相图计算耦合显微偏析数值模拟的宏 + 微观 数值方法 ! 铸造， （*） ： *//0， 3* "*0 ; "*3
计算机应用技术
特种铸造及有色合金
#00+ 年第 #+ 卷第 + 期
一种新型潜热处理模型显微偏析数值模拟的应用
" 刘永刚!，
陈
光!
孙国雄#
（!$ 南京理工大学； #$ 东南大学； "$ 马鞍山钢铁股份有限公司）
摘 要 在显微偏析数值模拟中， 宏 % 微观模型通过潜热处理相互耦合。潜热模型直接决定着模拟结果的准确性。将近期
（"）
已经证明， 对于二元合金， 叠加原理 （ ’8J KL 8BB9?9M9( 是适用的， 可以用来计算包含组元 * 、 成分为 !0 ?:） +， 的二元合金潜热 % ： % # %+!0 ) %（ * ! $ !0） （)） 式中， %* 、 %+ 分别为纯组元 * 、 + 的潜热。对于给定的固 相率， 合金的比热容为： !" # !",& > ) !"（ I ! $ & >） （+） 式中， !" > 、 !" I分别为固相比热容和液相比热容。 在式 （"） ， 并没有考虑非平衡凝固过程中随着温度 降低发生的固相成分变化， 为了更精确地计算潜热， 需 要考虑固相成分的变化。在温度 ’ 时凝固出的固相成 分为 ! ! ， 假定温度有了微小降低 >（固 % 液界面上的成分） 固相率增加了微小量 !& >， 这部分固相的析出， 释放 !’ ， 潜热量!% 为： （! $ ! ! % & - !& > !% # - ! ! > %N ) > ） （5）
考虑在二次臂内区域的封闭系统， 溶质分配应满足
图& 试验测定冷却曲线与计算结果的对比
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特种铸造及有色合金 !!" 二次臂间距与共晶相分数 表 " 给出了不同位置处的二次臂间距、 共晶相分数 的计算结果与试验测定结果， 此处得到的试验数据均是 统计结果。图像采集与数据的测定均采用自主开发的 商业金相检测软件 #$%&’， 数据的可靠性是经过验证 的。在金相分析过程中， 由图像直接测定的结果实际并 不是共晶相分数， 而是 #(&)* 相的体积分数， 需要把测定 结果换算成共晶相的分数再和模拟结果进行对比。由 表 " 可以看出， 仿真计算获得了与试验一致的结果， 随 着离开圆心距离的减小， 树枝晶二次臂间距在增加， 共 晶相数量在增加， 因为模拟过程并没有考虑实际铸锭冷 却到共晶温度以下， 固溶体析出的第二相数量， 所以测 定的共晶分数大于模拟的结果， 这与理论分析也是一致 的。
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主要物理模型和算法
显微偏析数值模拟的主要模型 粗化方程采用 ’/ 012$3 等 ［ （ +） ］$ !
4 ［&.］ +
提出的动力学模型， （&&）
#,- # +
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式中， （ +） 是二次枝晶臂间距的一半； , 是一形状因 ! 子， 对于特定合金有特定的数值， 对于本课题所 选 的 粗化参数 - 为： ’56! / 789合金， , 取为 &4 / &.7；
#"!
一种新型潜热处理模型显微偏析数值模拟的应用 同时对!! 取微分， 利用式 （!） ， 并且对 !! !" 取极限得 到 # ($ #% （& ’ " " % ’］ & "# & "# $ ’［ " " $ %% & $ ） #! #! （(） 式 （(） 是一个通用形式的表达式， 可以用来计算任何非 平衡凝固条件下的等价比热容。 "" # $ 一般假定凝固过程中固 ) 液界面上是平衡的， "" ) 的 值可以由平衡凝固杠杆定律给出： " $ $ *" "" 即 "" $ $ "$ 下的等价比热容表达式： "" # * " "（ " % % ’ % ’） ! * ’ ! + $（ （ !* ’ !） !* ’ ! & ’ * "） （-） 从而得到考虑固相成分随温度变化的非平衡凝固条件 !* ’ ! !* ’ !+ （,）