- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

利用高速摄影技术, 实时记录了功率超声作用下succinonitrile-8.3% Water(摩尔分数为8.3%)溶液凝固过程中稳态空化气泡与枝晶间的相互作用, 并结合数值模拟揭示了稳态空化对枝晶生长的影响机制. 结果表明, 稳态空化能够加速枝晶生长、促使枝晶臂断裂和吸附球状晶生长. 当气泡的迁移方向与枝晶生长方向一致时, 气泡振荡过程中产生的周期性高压导致周围熔体过冷, 从而加速枝晶生长. 当稳态空化气泡向固相内部迁移时, 其振荡引发枝晶臂内部产生大于屈服强度的应力, 促使枝晶臂变形和断裂. 同时悬浮于固-液界面前沿的稳态空化气泡能够在周围液相中产生局部的周期性变化流场和高剪切力, 使得邻近的枝晶碎片将吸附在其周围并以球状晶形态生长.

关键词:

Abstract

Ultrasonic waves used in liquid alloys can produce refined grain structures, which mainly contributes to ultrasonic cavitation and acoustic streaming. According to the bubble lifetime and whether they are fragmented into “daughter” bubbles, acoustic cavitation can be divided into transient cavitation and stable cavitation. Compared with the transient cavitation, the interaction between stable cavitation bubbles and solidifying alloys have been rarely investigated previously . In this work, the effect of stable cavitation on the dendritic growth of succinonitrile (SCN)-8.3% (mole fraction) water organic transparent alloy is systematically investigated by high-speed digital image technique and numerical simulation. It is found that when the bubble migration direction is consistent with that of dendritic growth, the periodic high pressure generated in bubble oscillation process increases the local undercooling, speeding up the dendrites growth effectively. Meanwhile, the concentrated stress inside dendrites induced by the linearly oscillation of cavitation bubble can break up dendrites into fragments. Specifically, if there exist stable cavitation bubbles suspended around the liquid-solid interface, periodically alternating flow field and high shear force in their surrounding liquid phase is produced. As a result, the nearby dendritic fragments will be attracted to those bubbles and then transformed into spherical grains.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:王建元,wangjy@nwpu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 52088101, 51922089, 52130405, 51727803)、陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2021JCW-09)和陕西省重点研发计划重点产业链项目(批准号: 2020ZDLGY13-03)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Wang Jian-Yuan,wangjy@nwpu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 52088101, 51922089, 52130405, 51727803), the Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province, China (Grant No. 2021JCW-09), and the Key Industrial Chain Project of Shaanxi Provincial Key Research and Development Plan, China (Grant No. 2020ZDLGY13-03).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

物理量	数值	单位
气泡初始半径R₀	45	μm
液体介质密度ρ₀	970^[21]	kg/m³
饱和蒸汽压P_v	2330^[20]	Pa
表面张力σ	3.85×10^{–2 [21]}	N/m
液体介质黏度μ	2.66×10^{–3 [21]}	Pa·s
液体介质静压力P₀	1.013×10^{5 [20]}	Pa
声压幅值P_a	6.59×10⁴	Pa
超声频率f	20	kHz
气体比热系数γ	1.4^[20]	/
液体介质声速c₀	1500^[4]	m/s
液体介质熔点T_L	316	K
凝固潜热 ∆H_f	3700^[23]	J/mol
体积变化∆V	2.23×10^{–6 [22]}	m³/mol
熔化熵∆S	11.67^[23]	J/(m^–3·K^–1)
液相比热容C_p	188.1^[22]	J/(mol^–1·K^–1)
热扩散系数D_T	1.134×10^{–7 [22]}	m²/s
平衡液相线斜率m	1.42	K/at.%
溶质浓度C₀	8.3	at.%
溶质分配系数k_e	0.65^[24]	/
溶质扩散系数D_L	8.33×10^{–10 [25]}	m²/s
液-固界面能σ_SL	8.94×10^{–3 [22]}	J/m²
Gibbs-Thomson系数Γ	6×10^–8	m·K

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]

[1]	张心怡, 吴文华, 王建元, 张颖, 翟薇, 魏炳波.超声场中气泡运动规律及其与枝晶相互作用机制. 必威体育下载 , 2024, 0(0): .doi:10.7498/aps.73.20240721
[2]	楚硕, 郭春文, 王志军, 李俊杰, 王锦程.浓度相关的扩散系数对定向凝固枝晶生长的影响. 必威体育下载 , 2019, 68(16): 166401.doi:10.7498/aps.68.20190603
[3]	李路远, 阮莹, 魏炳波.液态三元Fe-Cr-Ni合金中快速枝晶生长与溶质分布规律. 必威体育下载 , 2018, 67(14): 146101.doi:10.7498/aps.67.20180062
[4]	沙莎, 王伟丽, 吴宇昊, 魏炳波.深过冷条件下Co7Mo6金属间化合物的枝晶生长和维氏硬度研究. 必威体育下载 , 2018, 67(4): 046402.doi:10.7498/aps.67.20172156
[5]	魏绍楼, 黄陆军, 常健, 杨尚京, 耿林.液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长. 必威体育下载 , 2016, 65(9): 096101.doi:10.7498/aps.65.096101
[6]	段培培, 邢辉, 陈志, 郝冠华, 王碧涵, 金克新.镁基合金自由枝晶生长的相场模拟研究. 必威体育下载 , 2015, 64(6): 060201.doi:10.7498/aps.64.060201
[7]	魏雷, 林鑫, 王猛, 黄卫东.基于MeshTV界面重构算法的二元合金自由枝晶生长元胞自动机模型. 必威体育下载 , 2012, 61(9): 098104.doi:10.7498/aps.61.098104
[8]	潘诗琰, 朱鸣芳.双边扩散枝晶生长的定量相场模型. 必威体育下载 , 2012, 61(22): 228102.doi:10.7498/aps.61.228102
[9]	王明光, 赵宇宏, 任娟娜, 穆彦青, 王伟, 杨伟明, 李爱红, 葛洪浩, 侯华.相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长. 必威体育下载 , 2011, 60(4): 040507.doi:10.7498/aps.60.040507
[10]	朱昌盛, 王军伟, 王智平, 冯力.受迫流动下的枝晶生长相场法模拟研究. 必威体育下载 , 2010, 59(10): 7417-7423.doi:10.7498/aps.59.7417
[11]	王建元, 陈长乐, 翟薇, 金克新.切向流动作用下SCN-3wt% H2O枝晶定向生长过程研究. 必威体育下载 , 2009, 58(9): 6554-6559.doi:10.7498/aps.58.6554
[12]	龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮.强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 必威体育下载 , 2009, 58(11): 7802-7808.doi:10.7498/aps.58.7802
[13]	朱昌盛, 冯力, 王智平, 肖荣振.三维枝晶生长的相场法数值模拟研究. 必威体育下载 , 2009, 58(11): 8055-8061.doi:10.7498/aps.58.8055
[14]	孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰, 戴挺.强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟. 必威体育下载 , 2009, 58(13): 285-S291.doi:10.7498/aps.58.285
[15]	高学鹏, 李新涛, 郄喜望, 吴亚萍, 李喜孟, 李廷举.功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应. 必威体育下载 , 2007, 56(2): 1188-1194.doi:10.7498/aps.56.1188
[16]	臧渡洋, 王海鹏, 魏炳波.深过冷三元Ni-Cu-Co合金的快速枝晶生长. 必威体育下载 , 2007, 56(8): 4804-4809.doi:10.7498/aps.56.4804
[17]	龙文元, 蔡启舟, 魏伯康, 陈立亮.相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长. 必威体育下载 , 2006, 55(3): 1341-1345.doi:10.7498/aps.55.1341
[18]	杨弘, 张清光, 陈民.热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟. 必威体育下载 , 2005, 54(8): 3740-3744.doi:10.7498/aps.54.3740
[19]	李　强, 李殿中, 钱百年.元胞自动机方法模拟枝晶生长. 必威体育下载 , 2004, 53(10): 3477-3481.doi:10.7498/aps.53.3477
[20]	于艳梅, 杨根仓, 赵达文, 吕衣礼, A. KARMA, C. BECKERMANN.过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟. 必威体育下载 , 2001, 50(12): 2423-2428.doi:10.7498/aps.50.2423

计量

文章访问数:3861
PDF下载量:97
被引次数:0

搜索

留言板