熔体中等轴晶的运动是合金凝固过程中的重要现象,对铸锭微观组织分布和宏观偏析的形成有重要的影响。目前,对铸锭微观组织的数值模拟很少考虑带有真实形貌的等轴晶粒的运动。本研究将等轴晶的运动行为考虑到整个凝固过程中,为精确预测铸锭的宏观偏析奠定重要基础。本文所完成的主要研究内容有:首先建立了计算等轴晶运动生长的CA-LBM模型,采用CA方法建立微观组织计算模型,采用LBM方法建立传输计算模型,采用Ladd方法处理固液边界的互相作用并结合牛顿第二定律建立晶粒运动的计算模型,最后耦合这三种数值模型构建出计算熔体中晶粒运动行为的数值模型。并通过以下几个算例验证了模型的准确性:(1)通过计算全域等轴晶的凝固并和实验结果对比,验证了溶质场计算的准确性;(2)通过计算无限长管道内球形颗粒的下落验证了模型中对于边界处理的准确性;(3)通过计算纯扩散条件下枝晶尖端生长速率并和理论解进行对比,验证了模型对于微观组织计算的准确性;(4)通过计算均匀流及旋转流中具有一定形状的晶粒的运动,验证了模型关于晶粒运动处理的准确性。在上述基础上,应用建立的模型模拟研究了择优生长角为0和择优生长角不为0两种情况下的单枝晶生长及运动。结果表明:枝晶在重力作用下生长时其位置会发生改变,枝晶的运动会加速周围流体的流动,沿着运动方向(顺流)一端的枝晶臂生长较快,与枝晶静止的情况下是相反的;择优生长角不为0的单个枝晶在重力作用下运动时,由于其生长的不对称性,开始时会发生轻微的旋转,并且旋转会削弱其生长过程中四个枝晶臂的不对称性。接着,应用本模型对多枝晶的生长及运动情况进行了模拟。结果表明:在多枝晶的凝固过程中,晶粒会在重力的作用下运动,堆积在计算域的底部,形成一个负偏析堆。但在Al-Cu合金中,由于排出的溶质Cu也会下沉,会减弱负偏析。最后,将计算等轴晶粒运动生长行为的数值模型应用到铸锭CET的模拟当中,考察了晶粒运动对铸锭CET过程的影响作用。结果表明:等轴晶的运动会使铸锭底部柱状晶的生长受到阻碍,从而加速底部的CET转换。