[发明专利]一种涉及冶金领域钢液凝固过程中强制对流对AlN枝晶受力计算方法

权利要求书

1.一种涉及冶金领域钢液凝固过程中强制对流对AlN枝晶受力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1收集钢种成分、凝固过程中热力学、动力学参数，以及流场边界条件；

步骤2基于金属凝固理论，采用元胞自动机模型计算界面生长方向、液相溶质场与温度场分布以及固相区溶质场分布；同时耦合格子Boltzmann方法中经典模型D2Q9模型去计算流场速度分布；

步骤2.1为使元胞自动机模型具有一定物理意义，引入金属凝固理论，采用尖锐界面模型去计算界面生长方向、曲率过冷；

步骤2.2确定流体流动边界，采用D2Q9模型去计算计算流场的速度分布；

步骤2.3结合流场速度分布，采用元胞自动机模型去计算液相温度场；

步骤2.4结合流场速度分布，采用元胞自动机模型去计算液相区和固相区的溶质分布；

步骤3对于复杂边界流动，采用Mei修正F-H格式，沿x方向速度，在右侧添加自由边界条件，结合格子Boltzmann方法建立Fe-C-Al-N四元合金流场下枝晶受力生长模型。利用数据和分析和可视化处理软件图像显示AlN枝晶的形状、尺寸和受力情况。

2.根据权利要求1所述的一种涉及冶金领域钢液凝固过程中强制对流对AlN枝晶受力计算方法，其特征在于：所述步骤2.1的具体方法为：

首先假设固液界面处于热力学平衡状态，根据界面处溶质守恒定律，界面生长方向由如下公式计算：

其中表示界面生长方向，曲率过冷K由如下公式计算：

其中，和分别表示固相率在x轴和y轴上的一阶偏导；为固相率在先在x轴上求偏导后对y轴求二阶偏导；和分别为固相率在x轴和y轴上的二阶偏导；

根据步骤2.2所描述，探测元胞状态，确定流体流动边界及其边界条件。在二维数值模拟计算中，通常采用D2Q9模型计算流场分布，同时忽略外力作用，流场的速度分布采用如下公式计算：

其中τ为无量纲单步松弛时间，f_i(x+c_iΔt,t+Δt)、f_i(x,t)为液相流体粒子分布函数，f_i^eq(x,t)为液相流体粒子平衡分布函数；其中c_i为液相流体粒子在格子i方向的迁移速度，Δt为时间步长；由于采用D2Q9 模型，其中c_i计算公式和为权重系数w_i如下公式计算：

其中，c与c_s分别为格子速度、格子声速；宏观密度ρ、宏观速度u以及流体动力学粘度v由如下公式计算：

其中f_i为入口节点分布函数，i(取值为0,1,2,3,4,5,6,7,8)为角步节点序数，入口密度ρ_in、出口密度ρ_out、流体粒子在x轴方向速度u_x和流体粒子在y轴方向速度u_y计算公式由如下式计算：

f₁＝f₃,f₂＝f₄,f₈＝f₆ (19)