[发明专利]一种预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用朗道相变理论建立能够描述液-液两相共存以及液-液-固三相共存的总自由能泛函；

步骤2，采用多相流模拟软件对不同条件下液-液两相流的混合状态进行求解；

步骤3，提取步骤2中两相界面形貌及溶质场分布情况作为数值模拟的初始条件，并提取步骤2中两相界面厚度来拟合步骤1总自由能泛函中的梯度项系数；

步骤4，将步骤3中的初始条件作为求解输入采用Cahn-Hilliard和Allen-Cahn方程分别对步骤1泛函中反映元素分布的成分场及反映固-液相的序参量场进行求解；

步骤5，计算结果可视化得到界面反应动力学动态过程，提取新相形核率、尺寸分布特征来分析反应动力学规律。

2.根据权利要求1所述预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于，步骤1的总自由能泛函为，

其中，F表示总自由能泛函，c为特征元素的浓度，η_i是第i个晶粒的序参量场，k_c，k_η为梯度项系数，f(c,η₁,η₂,...,η_n)为自由能密度函数，f(c,η₁,η₂,...,η_n)的计算公式为：

其中，ΔH_m为结晶潜热，ΔT为过冷度，T_m为理论结晶温度，w，ε为常数，m(η)是浓度场与序参量场的关联函数，m(η)＝1+∑_iη_i²。

3.根据权利要求2所述预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于，步骤1中自由能密度函数中包含高斯形式的插值函数计算公式为：

式中，c₀为反应所得固相中特征元素的摩尔分数，通过引入该函数来实现液-液-固三相共存以及实现生成特定化学比晶体的两相相界相变过程。

4.根据权利要求1所述预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2具体方法为：通过多相流软件包对不同两相比例、流速、混合条件、温度条件下的液-液两相流的混合状态进行求解，并输出包含相分布、溶质场分布的数值文件。

5.根据权利要求1所述预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于步骤3的具体方法为：

选定生成固相中任意一种元素作为特征元素，依据两相中特征元素的含量差异来通过溶质场获得两相分布情况及两相界面形貌，对两相中特征元素含量做归一化处理得到一个新成分场，通过文件读取该成分场作为初始条件。

通过可视化软件结合溶质场的坐标分布来提取液-液两相间的溶质层厚度w，依据关系来确定泛函中梯度项系数。

6.根据权利要求1所述预测液/液两相界面反应相变过程的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4中，Allen-Cahn方程对液固相变过程进行求解，公式为：

式中t为演化时间，L为动力学系数，ξ_η表示序参量场的噪声项。

采用Cahn-Hilliard方程对浓度场进行求解，公式为：

式中M_c是与成分相关的动力学系数，M_c＝A+Bc²，其中A、B为常数用来反映特征元素在两个液相中扩散系数的差异。ξ_c表示浓度场的噪声项，噪声为有色噪声。