本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机（lattice Boltzmann method-cellular automaton,LBM-CA）耦合模型,对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究.本模型采用CA方法模拟枝晶的生长,根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力.采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动.在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用.应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证.应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响.发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大.定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象,与实验结果符合良好.此外,初始气体含量越高,凝固结束时气泡的体积分数也相对较高.本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.
格子玻尔兹曼方法 元胞自动机 枝晶 气泡