固空枝晶微结构生长演化非等温定量相场模拟研究

为了探究热-溶质耦合驱动下固空枝晶生长演化和氧溶质分布规律,建立了非等温定量相场模型,应用该模型研究了不同过冷度及边界热流条件下固空枝晶的形态演化、生长速度、氧溶质分布。结果表明:相比等温模拟,考虑凝固潜热的非等温模拟可以更真实再现固空枝晶的生长过程,氧质量分数峰值相比等温模拟减少了8.5%~14.6%;枝晶的生长速度、最大氧质量分数和初始过冷度呈现正相关性,初始过冷度为4 K时,固液糊状区氧质量分数最大可达到0.401;边界热流的存在可显著改变计算域温度分布进而影响固空枝晶的生长模式;热输入减缓了枝晶的生长,而热提取使枝晶臂生长得更为繁盛粗壮,热提取、热输入条件下的固相率分别是无边界热流时的138%、69%,最大氧质量分数分别是无边界热流时的146%、94%。该研究可增进对液氢中固空枝晶生长行为的理解,为液氢系统的安全使用提供一定的理论指导。