固体化学中的非等温固化耦合熔液动力学
流体动力学
2026-03-04 v1 材料科学
摘要
固化过程与熔液动力学的耦合在多种制造工艺中发挥关键作用，决定了材料的显微结构和性能。广泛使用的相场模型与纳维尔斯蒙特方程耦合来建模和模拟这些动力学过程。然而，大多数现有模型忽略了关键热力学耦合，尤其是动量方程中的毛细应力（科特韦克应力）。这种应力源于相场与熔液动力学之间的耦合， accounts for non-isothermal solidification during thermal capillary effects. 忽略它会导致模型与非平衡热力学不一致，无法捕捉毛细作用驱动的熔液动力学。本文提出了一种热力学一致的、非等温相场模型，用于固化耦合熔液动力学，包含交叉耦合项，并在动量方程中显式包含科特韦克应力。通过固化-only案例的模型验证，随后进行树枝生长于熔液动力学下的模拟。结果表明，热毛细效应在界面附近诱导流动，影响树枝尖端速度和形貌。强制对流下的模拟进一步显示由于施加的流场导致树枝生长不对称。此外，我们数值演示了粘性插值方案对相场模型中无滑移边界条件的实现具有影响。
引用
@article{arxiv.2603.02968,
title = {Phase-field investigation of non-isothermal solidification coupled with melt flow dynamics},
author = {Timileyin David Oyedeji and Aaron Brunk and Yangyiwei Yang and Herbert Egger and Holger Marschall and Bai-Xiang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.02968},
year = {2026}
}