金属凝固过程中,流体流动强烈地改变了熔体中浓度场和温度场的分布,进而影响微观形核、生长过程,从而对金属的组织和性能产生重要的影响。为了更好地阐明流动对枝晶生长过程的作用规律,本文开发了元胞自动机(CA)模型,模型中将流场下枝晶尖端生长模型与可描述流场下非对称枝晶生长轮廓的偏心生长模型相结合,模拟了Al-Si二元合金在流场下的枝晶生长规律。研究表明,流场下枝晶尖端生长动力学模型体现了枝晶在流场中逆流生长最快的机制。采用CA模型对固定在熔体壁面上的多晶生长形貌进行了模拟。分析表明,增大流动强度、减小形核密度和过冷度,能促进枝晶偏向于逆流方向生长,进而增大了枝晶生长方向与形核壁面垂直方向的夹角(偏斜角)。其中,流动强度、形核密度、过冷度为影响流场下枝晶生长的内在因素,在本研究的参数取值范围内,流动强度为主控参数。由模拟得到的枝晶生长偏斜角与流动速度、凝固速率的关系符合Okano实验关联式[29]的结果。在以上工作的基础上,开发出流场中游离晶粒的迁移和碰撞长大模型,实现了对单晶粒的生长、迁移,两个晶粒的碰撞合并,粘附壁面及继续生长过程的模拟,从而为存在流动条件下预测实际合金的凝固组织形貌奠定了基础。