大型薄壁平板铸件是工业生产中较为常见的疑难铸件,反重力充型是该类铸件的主要浇注方式之一,许多铸造缺陷如卷气、夹杂、缩孔和冷隔特别是浇不足等与充型过程紧密相关,借助数值模拟技术研究大平板铸件反重力充型过程,对获得相应的合格优质薄壁平板铸件意义重大。LBM(格子Boltzmann方法,Lattice Boltzmann Method)是一种模拟流场的介观方法,该计算方法易于并行处理,非常适合大规模的计算,相对于传统的流体力学方法,具有高效率和高精确度等优点。基于格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型过程,主要开展以下几个方面的工作:(1)开发二维大平板的反重力充型程序,基于带自由表面的格子Boltzmann方法,新提出了一种分布函数加权的方法来处理格点中的液相排出及分配问题,在保证计算准确度的前提下,提高了计算效率。用Poiseuille流解析解验证了LBM传输模型,用侧向水力充填实验验证了自由表面模型。(2)用二维大平板的反重力充型模型计算了单浇口、双浇口和圆柱绕流条件下的大平板反重力充型过程,总结了流场区域特征及其内在机理。并以相同参数下的水力充填实验和ProCAST软件模拟结果作为参照,验证了计算结果的准确性。计算充型停止后的流场变化,结果显示型腔充满后的流体存在着一个逐渐静止的流动惯性过程,在此基础上,继续探究了不同工况下的流动惯性程度,得出单浇道的流动惯性最大。开发二维大平板的水平充型程序,模拟了三种工况的平板水平充型过程,并将水平与反重力充型的流场特征进行对比。(3)开发三维大平板的反重力充型程序,在带自由表面的格子Boltzmann方法基础上,考虑了表面张力。采用所建立的模型模拟了厚度为1.15 mm、3 mm、5 mm的薄壁大平板反重力水力充型的过程,计算结果与水力实验结果基本符合。提出自由表面平整度的判断标准,并运用该标准对三种板厚的自由表面平整度进行了讨论。之后,探究了板厚及表面张力对薄壁平板的反重力充填过程的影响及其内在机理,发现,当厚度足够薄时,流体呈现“顺序充填”状态,存在表面张力可以明显提高1.15 mm厚度平板的自由表面稳定性。最后,在相同参数下,对比单浇口大平板反重力充填的ProCAST与LBM模拟过程,在计算效率、准确度、占用内存等方面论述LBM的优越性。