Page 102 - 国外钢铁技术信息参考-2023年1月
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注释说明： ᇏݓࣁඋ࿐߶
*合金液相密度对温度和浓度依赖性的数据非常有限，几乎达不到每个钢种
均有数据。因此，模拟中评估的自然对流驱动因素精度并不高。需要结合透过率
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实现数值的高精度模拟。
†为了方便采取直译，不作为术语。
‡这里两相的“相”并非热力学定义中的相，而是流体计算中的区分相。该
表述也是为了方便直译的名称。
等轴晶或柱状晶模型自然发展为可同时处理等轴晶和柱状晶的三相模型。此 ᇏݓࣁඋ࿐߶
外，还提出了以炉渣和气体为第 4 相用于预测气孔和孔隙度等情况的四相模型。
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气孔和气相的孔隙度也会影响液相的流动，因此，也能起到提高宏观偏析预测精
度的作用。
上述模型均为以温度、固相率和浓度等变量为要素并通过其代表值/平均值
求解偏微分方程的模型，称为体积平均模型（Volume-averaged model）。可以
说在研究凝固组织的同时，模型也在不断发展。另外，如果以更大的铸件为对象
或为了再现通道状偏析而对要素进行细分，计算成本的大幅提高将会给研究方法
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造成一定的局限性。因此，本文尝试通过新方法打破这一局限。
其中一种方法是尝试通过晶格玻尔兹曼法（Lattice-Boltzmann method）进
行流动计算。在通过纳维-斯托克斯方程进行流动计算时，尤其是固相率增大而
透过率减小的区域的计算，往往会在压力方程求解所需时间方面出现瓶颈。出现
瓶颈主要是由于纳维-斯托克斯方程采用的是半隐式解法，因此，在条件允许的
情况下能够实现高速流动计算。图 19 所示为左侧冷却二维模型中合金的宏观偏
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析情况。晶格玻尔兹曼法与采用纳维-斯托克斯方程的原始模型计算结果一致，
但晶格玻尔兹曼法的计算时间是原始模型的 1/5，实现了高速流动计算。此外，
气液和液液两相流体中的计算也采用了晶格玻尔兹曼法，该方法有望应用于多种
凝固过程的流动计算。
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