首页 理论教育 数值模拟技术:优化与应用

数值模拟技术:优化与应用

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:数值方法的优点就是能够模拟一个连续过程的分散溶解、等温凝固、均质化阶段,此部分研究内容已经被Zhou和North[62]报道。为了计算晶界的影响,Zhou和North[43]将这一模型发展到了二维体系中。式给出了速率常数的解,可使用迭代方法来求解。经分析可知,在给定的温度下,式中所有的变量都为常数。这意味着除非所有的溶质都有一定的Dαi和ki组合,否则ξ1和ξ2是不同的[65]。在三元体系中,数值技术已经被应用于预测等温凝固过程动力学[46,50]。

数值模拟技术:优化与应用

有限差分法已经被用来模拟扩散钎焊过程的动力学。数值方法的优点就是能够模拟一个连续过程的分散溶解、等温凝固、均质化阶段,此部分研究内容已经被Zhou和North[62]报道。一维模型经过发展已经发生演化,并被应用到更复杂的体系中。为了计算晶界的影响,Zhou和North[43]将这一模型发展到了二维体系中。为了表征非平面晶界对过程动力学的影响,Takahashi等人[63]采用锯齿形曲线对固液界面进行了模拟。

采用一维数值和解析方法分别对等温凝固阶段进行计算,比较其结果发现,界面速率常数没有明显差别。主要的差别在于,由于温度变化的复杂性,在溶解及液相变宽的阶段中,没有完整的解析解存在[64]。在这种意义上,若溶解时间和宽度是最小的,即中间层的溶解程度低、宽度小,那么溶解阶段所需的时间相比整个阶段的时间而言,接近于零且可被忽略。Zhou等人[34]指出,不考虑晶界的影响,采用解析方法可以对等温凝固阶段的界面动力学进行估算。然而在溶解阶段,使用解析方法不能发现单一界面速率常数,因此需要采用数值方法——多组分系统中的模型描述固液界面的移动。

对于许多简单的应用,尤其是当中间层的化学性质与加入MPD的母材化学性质相匹配时,等温凝固的解析法能对过程动力学给出合理的预测。然而在许多工程应用中,必须考虑多元中间层对等温凝固速率的影响。对于三元体系而言,存在一个自由度,因而必须存在一个控制该体系的规律,其被用于预测等温凝固行为。常数ξ是一个用来描述界面移动的速率常数。如果假设忽略交叉扩散的影响,那么对于液体中的每种溶质速率常数可通过质量平衡来表示:(www.xing528.com)

式中,ki是第i个组元液相线对固相线平衡浓度的比率;Dαi是第i个组元在固相中的扩散系数。式(11.17)给出了速率常数的解,可使用迭代方法来求解。

经分析可知,在给定的温度下,式(11.17)中所有的变量都为常数。这意味着除非所有的溶质都有一定的Dαiki组合,否则ξ1ξ2是不同的[65]。对每种溶质而言,没有方法能保证界面维持不同的凝固速率。唯一能够保持单一固液界面凝固速率的方法是保证固、液成分在沿相边界线上。在三元体系中,数值技术已经被应用于预测等温凝固过程动力学[46,50]。例如,对于每种溶质质量平衡有限差分方程可被写为式(11.18)的形式,使用迭代方法可以求出界面位置。液相组成的变化可由相边界条件来计算,如果可行的话,所有相的边界条件可以用热力学预测来近似。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈