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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B 1/2019

12.12.2018

Dependence of Lamellar Eutectic Growth with Convection on Boundary Conditions and Geometric Confinement: A Phase-Field Lattice-Boltzmann Study

verfasst von: Ang Zhang, Jinglian Du, Zhipeng Guo, Qigui Wang, Shoumei Xiong

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B | Ausgabe 1/2019

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Abstract

Simulating eutectic growth with convection is challenging because of the enormous computing demand resulting from the required domain size compared with the eutectic scale. In this study, a phase-field lattice-Boltzmann approach was employed to reproduce the eutectic growth with convection (both natural and forced). To enable and accelerate large-scale simulations, a parallel-adaptive mesh refinement algorithm was developed to combine with this numerical approach. The effects of the boundary conditions and the geometric confinement on the eutectic growth with convection were systematically investigated in the Al-Cu eutectic alloy. Results showed that both boundary conditions and the geometric confinement altered the eutectic evolution by affecting the distributions of the solute and velocity ahead of the eutectic solid/liquid interface. As the first attempt to explore the two factors on the eutectic growth with convection, our thorough investigation lays a foundation for modeling the coupled convection–solute eutectic evolution.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat J.A. Dantzig and M. Rappaz. Solidification, EPFL Press, Lausanne, 2009.CrossRef J.A. Dantzig and M. Rappaz. Solidification, EPFL Press, Lausanne, 2009.CrossRef
2.
3.
Zurück zum Zitat K.A. Jackson and J.D. Hunt, Trans. Metall. Soc. AIME, 1966, vol. 236, pp. 1129-42. K.A. Jackson and J.D. Hunt, Trans. Metall. Soc. AIME, 1966, vol. 236, pp. 1129-42.
4.
Zurück zum Zitat V.T. Witusiewicz, U. Hecht and S. Rex, J Cryst Growth, 2012, vol. 353, pp. 17-24.CrossRef V.T. Witusiewicz, U. Hecht and S. Rex, J Cryst Growth, 2012, vol. 353, pp. 17-24.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat S. Akamatsu and H. Nguyen-Thi, Acta Mater, 2016, vol. 108, pp. 325-46.CrossRef S. Akamatsu and H. Nguyen-Thi, Acta Mater, 2016, vol. 108, pp. 325-46.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat S. Akamatsu, M. Plapp, G. Faivre and A. Karma, Metall Mater Trans A, 2004, vol. 35, pp. 1815-28.CrossRef S. Akamatsu, M. Plapp, G. Faivre and A. Karma, Metall Mater Trans A, 2004, vol. 35, pp. 1815-28.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat A. Zhang, S. Liang, Z. Guo and S. Xiong, Exp Therm Fluid Sci, 2017, vol. 88, pp. 472-82.CrossRef A. Zhang, S. Liang, Z. Guo and S. Xiong, Exp Therm Fluid Sci, 2017, vol. 88, pp. 472-82.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat R. Folch and M. Plapp: Phys. Rev. E, 2005, vol. 72, art. no. 011602. R. Folch and M. Plapp: Phys. Rev. E, 2005, vol. 72, art. no. 011602.
9.
Zurück zum Zitat A. Zhang, Z. Guo and S. Xiong, China Foundry, 2017, vol. 14, pp. 373-78.CrossRef A. Zhang, Z. Guo and S. Xiong, China Foundry, 2017, vol. 14, pp. 373-78.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat T. Himemiya, K. Ohsasa and T. Saga, Mater Trans, 2010, vol. 51, pp. 110-15.CrossRef T. Himemiya, K. Ohsasa and T. Saga, Mater Trans, 2010, vol. 51, pp. 110-15.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat J.D. Hunt and K.A. Jackson, Trans. Metall. Soc. AIME, 1966, vol. 236, pp. 843-52. J.D. Hunt and K.A. Jackson, Trans. Metall. Soc. AIME, 1966, vol. 236, pp. 843-52.
12.
Zurück zum Zitat R. Siquieri and H. Emmerich, Philos Mag, 2011, ser. 1, vol. 91, pp. 45-73.CrossRef R. Siquieri and H. Emmerich, Philos Mag, 2011, ser. 1, vol. 91, pp. 45-73.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat J.M. Quenisset and R. Naslain, J Cryst Growth, 1981, ser. 3, vol. 54, pp. 465-74.CrossRef J.M. Quenisset and R. Naslain, J Cryst Growth, 1981, ser. 3, vol. 54, pp. 465-74.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat V. Baskaran and W.R. Wilcox, J Cryst Growth, 1984, ser. 2, vol. 67, pp. 343-52.CrossRef V. Baskaran and W.R. Wilcox, J Cryst Growth, 1984, ser. 2, vol. 67, pp. 343-52.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat D. Ma, W.Q. Jie, Y. Li and S.C. Ng, Acta Mater, 1998, ser. 9, vol. 46, pp. 3203-10.CrossRef D. Ma, W.Q. Jie, Y. Li and S.C. Ng, Acta Mater, 1998, ser. 9, vol. 46, pp. 3203-10.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat S.R. Coriell, G.B. McFadden, W.F. Mitchell, B.T. Murray, J.B. Andrews and Y. Arikawa, J Cryst Growth, 2001, ser. 1–2, vol. 224, pp. 145-54.CrossRef S.R. Coriell, G.B. McFadden, W.F. Mitchell, B.T. Murray, J.B. Andrews and Y. Arikawa, J Cryst Growth, 2001, ser. 1–2, vol. 224, pp. 145-54.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat A. Zhang, Z. Guo, and S.M. Xiong: Phys. Rev. E, 2018, vol. 97 (5), art. no. 053302. A. Zhang, Z. Guo, and S.M. Xiong: Phys. Rev. E, 2018, vol. 97 (5), art. no. 053302.
18.
Zurück zum Zitat J.H. Lee, S. Liu and R. Trivedi, Metall Mater Trans A, 2005, ser. 11, vol. 36, pp. 3111-25.CrossRef J.H. Lee, S. Liu and R. Trivedi, Metall Mater Trans A, 2005, ser. 11, vol. 36, pp. 3111-25.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat J. Du, Z. Guo, A. Zhang, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Sci. Rep-(UK), 2017, vol. 7 (1), art. no. 13600. J. Du, Z. Guo, A. Zhang, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Sci. Rep-(UK), 2017, vol. 7 (1), art. no. 13600.
20.
Zurück zum Zitat J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Intermetallics, 2018, vol. 95, 119-29.CrossRef J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Intermetallics, 2018, vol. 95, 119-29.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, F. Liu and S. Xiong, J Alloy Compd, 2019, vol. 775, pp. 322-29.CrossRef J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, F. Liu and S. Xiong, J Alloy Compd, 2019, vol. 775, pp. 322-29.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat M.F. Zhu and C.P. Hong: Phys. Rev. B, 2002, vol. 66 (15), art. no. 155428. M.F. Zhu and C.P. Hong: Phys. Rev. B, 2002, vol. 66 (15), art. no. 155428.
23.
Zurück zum Zitat W.M. Wang, Z.G. Liu, J.M. Liu and X.Y. Chen, J Cryst Growth, 2002, vol. 240, pp. 313-20.CrossRef W.M. Wang, Z.G. Liu, J.M. Liu and X.Y. Chen, J Cryst Growth, 2002, vol. 240, pp. 313-20.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat N. Moelans, B. Blanpain and P. Wollants, Calphad, 2008, vol. 32, pp. 268-94.CrossRef N. Moelans, B. Blanpain and P. Wollants, Calphad, 2008, vol. 32, pp. 268-94.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat W.J. Boettinger, J.A. Warren, C. Beckermann and A. Karma, Annu Rev Mater Res, 2002, vol. 32, pp. 163-94.CrossRef W.J. Boettinger, J.A. Warren, C. Beckermann and A. Karma, Annu Rev Mater Res, 2002, vol. 32, pp. 163-94.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat X. Fan, A. Zhang, Z. Guo, X. Wang, J. Yang, and J. Zou: J. Mater. Sci., 2019, vol. 54 (3), pp. 2680-89.CrossRef X. Fan, A. Zhang, Z. Guo, X. Wang, J. Yang, and J. Zou: J. Mater. Sci., 2019, vol. 54 (3), pp. 2680-89.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, F. Liu and S. Xiong, Acta Mater, 2018, vol. 161, pp. 35-46.CrossRef J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, F. Liu and S. Xiong, Acta Mater, 2018, vol. 161, pp. 35-46.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat M. Şerefoǧlu, R.E. Napolitano, and M. Plapp: Phys. Rev. E, 2011, vol. 84, art. no. 011614. M. Şerefoǧlu, R.E. Napolitano, and M. Plapp: Phys. Rev. E, 2011, vol. 84, art. no. 011614.
29.
Zurück zum Zitat T. Takaki, R. Rojas, S. Sakane, M. Ohno, Y. Shibuta, T. Shimokawabe and T. Aoki, J Cryst Growth, 2017, ser. 15, vol. 474, pp. 146-53.CrossRef T. Takaki, R. Rojas, S. Sakane, M. Ohno, Y. Shibuta, T. Shimokawabe and T. Aoki, J Cryst Growth, 2017, ser. 15, vol. 474, pp. 146-53.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat D. Das, M. Roy and T. Basak, Int J Heat Mass Tran, 2017, vol. 106, pp. 356-406.CrossRef D. Das, M. Roy and T. Basak, Int J Heat Mass Tran, 2017, vol. 106, pp. 356-406.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat T. Basak, S. Roy and A.R. Balakrishnan, Int J Heat Mass Tran, 2006, ser. 23-24, vol. 49, pp. 4525-35.CrossRef T. Basak, S. Roy and A.R. Balakrishnan, Int J Heat Mass Tran, 2006, ser. 23-24, vol. 49, pp. 4525-35.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Z. Guo and S.M. Xiong, Comput Phys Commun, 2015, vol. 190, pp. 89-97.CrossRef Z. Guo and S.M. Xiong, Comput Phys Commun, 2015, vol. 190, pp. 89-97.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat A. Zhang, Z. Guo, and S.M. Xiong: J. Appl. Phys., 2017, vol. 121 (12), art. no. 125101. A. Zhang, Z. Guo, and S.M. Xiong: J. Appl. Phys., 2017, vol. 121 (12), art. no. 125101.
34.
Zurück zum Zitat J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Phys. Rev. Mater., 2018, vol. 2 (8), art. no. 083402. J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li, and S. Xiong: Phys. Rev. Mater., 2018, vol. 2 (8), art. no. 083402.
35.
Zurück zum Zitat A. Zhang, J. Du, Z. Guo, Q. Wang and S. Xiong, Metallurgical and Materials Transactions B, 2018. vol. 49B(6), pp. 3603-15.CrossRef A. Zhang, J. Du, Z. Guo, Q. Wang and S. Xiong, Metallurgical and Materials Transactions B, 2018. vol. 49B(6), pp. 3603-15.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat T. Krüger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva and E.M. Viggen. The Lattice Boltzmann Method Principles and Practice, Springer, Cham, 2017.CrossRef T. Krüger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva and E.M. Viggen. The Lattice Boltzmann Method Principles and Practice, Springer, Cham, 2017.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat W. Miller, I. Rasin and S. Succi, Physica A, 2006, ser. 1, vol. 362, pp. 78-83.CrossRef W. Miller, I. Rasin and S. Succi, Physica A, 2006, ser. 1, vol. 362, pp. 78-83.CrossRef
38.
Zurück zum Zitat A. Zhang, J. Du, Z. Guo, and S. Xiong: Phys. Rev. E, 2018, vol. 98 (4), art. no. 043301. A. Zhang, J. Du, Z. Guo, and S. Xiong: Phys. Rev. E, 2018, vol. 98 (4), art. no. 043301.
39.
Zurück zum Zitat S. Gyoon Kim, W. Tae Kim, T. Suzuki and M. Ode, J Cryst Growth, 2004, ser. 1, vol. 261, pp. 135-58.CrossRef S. Gyoon Kim, W. Tae Kim, T. Suzuki and M. Ode, J Cryst Growth, 2004, ser. 1, vol. 261, pp. 135-58.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat X. Tong, C. Beckermann, A. Karma, and Q. Li: Phys. Rev. E, 2001, vol. 63 (6 Pt 1), art. no. 061601. X. Tong, C. Beckermann, A. Karma, and Q. Li: Phys. Rev. E, 2001, vol. 63 (6 Pt 1), art. no. 061601.
41.
Zurück zum Zitat I. Steinbach and F. Pezzolla, Physica D, 1999, ser. 4, vol. 134, pp. 385-93.CrossRef I. Steinbach and F. Pezzolla, Physica D, 1999, ser. 4, vol. 134, pp. 385-93.CrossRef
42.
Zurück zum Zitat P.L. Bhatnagar, E.P. Gross and M. Krook, Phys. Rev., 1954, ser. 3, vol. 94, pp. 511-25.CrossRef P.L. Bhatnagar, E.P. Gross and M. Krook, Phys. Rev., 1954, ser. 3, vol. 94, pp. 511-25.CrossRef
43.
Zurück zum Zitat S. Chen and G.D. Doolen, Annu Rev Fluid Mech, 1998, ser., vol. 30, pp. 329-64.CrossRef S. Chen and G.D. Doolen, Annu Rev Fluid Mech, 1998, ser., vol. 30, pp. 329-64.CrossRef
44.
Zurück zum Zitat Z. Guo, C. Zheng, and B. Shi: Phys. Rev. E, 2002, vol. 65 (4), art. no. 046308. Z. Guo, C. Zheng, and B. Shi: Phys. Rev. E, 2002, vol. 65 (4), art. no. 046308.
45.
Zurück zum Zitat C. Beckermann, H.J. Diepers, I. Steinbach, A. Karma and X. Tong, J Comput Phys, 1999, ser. 2, vol. 154, pp. 468-96.CrossRef C. Beckermann, H.J. Diepers, I. Steinbach, A. Karma and X. Tong, J Comput Phys, 1999, ser. 2, vol. 154, pp. 468-96.CrossRef
46.
Zurück zum Zitat O. Filippova and D. Hänel, J Comput Phys, 2000, ser. 2, vol. 165, pp. 407-27.CrossRef O. Filippova and D. Hänel, J Comput Phys, 2000, ser. 2, vol. 165, pp. 407-27.CrossRef
47.
Zurück zum Zitat A. Dupuis and B. Chopard: Phys. Rev. E, 2003, vol. 67 (6), art. no. 066707. A. Dupuis and B. Chopard: Phys. Rev. E, 2003, vol. 67 (6), art. no. 066707.
48.
Zurück zum Zitat J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li and S. Xiong, ACS Omega, 2017, ser. 12, vol. 2, pp. 8803-09.CrossRef J. Du, A. Zhang, Z. Guo, M. Yang, M. Li and S. Xiong, ACS Omega, 2017, ser. 12, vol. 2, pp. 8803-09.CrossRef
49.
Zurück zum Zitat W. Kurz and D.J. Fisher. Fundamentals of Solidification, Trans Tech Publications Ltd., Cham, 1992. W. Kurz and D.J. Fisher. Fundamentals of Solidification, Trans Tech Publications Ltd., Cham, 1992.
50.
Zurück zum Zitat N. Maraşli. and J.D. Hunt., Acta Mater, 1996, ser. 3, vol. 44, pp. 1085-96.CrossRef N. Maraşli. and J.D. Hunt., Acta Mater, 1996, ser. 3, vol. 44, pp. 1085-96.CrossRef
51.
Zurück zum Zitat M. Gündüz and J.D. Hunt, Acta Mater, 1985, ser. 9, vol. 33, pp. 1651-72.CrossRef M. Gündüz and J.D. Hunt, Acta Mater, 1985, ser. 9, vol. 33, pp. 1651-72.CrossRef
52.
Zurück zum Zitat N.Y. Konstantinova, A.R. Kurochkin, A.V. Borisenko, V.V. Filippov and P.S. Popel, Russian Metallurgy (Metally), 2016, ser. 2, vol. 2016, pp. 144-49.CrossRef N.Y. Konstantinova, A.R. Kurochkin, A.V. Borisenko, V.V. Filippov and P.S. Popel, Russian Metallurgy (Metally), 2016, ser. 2, vol. 2016, pp. 144-49.CrossRef
53.
Zurück zum Zitat C.J. Vreeman and F.P. Incropera, Int J Heat Mass Tran, 2000, ser. 5, vol. 43, pp. 687-704.CrossRef C.J. Vreeman and F.P. Incropera, Int J Heat Mass Tran, 2000, ser. 5, vol. 43, pp. 687-704.CrossRef
54.
Zurück zum Zitat E. Lauga, M. Brenner and H. Stone. In: C. Tropea, A.L. Yarin, J.F. Foss (Eds), Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2007, pp. 1219-40.CrossRef E. Lauga, M. Brenner and H. Stone. In: C. Tropea, A.L. Yarin, J.F. Foss (Eds), Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2007, pp. 1219-40.CrossRef
55.
Zurück zum Zitat N. Shevchenko, O. Roshchupkina, O. Sokolova and S. Eckert, J Cryst Growth, 2015, ser. 1, vol. 417, pp. 1-08.CrossRef N. Shevchenko, O. Roshchupkina, O. Sokolova and S. Eckert, J Cryst Growth, 2015, ser. 1, vol. 417, pp. 1-08.CrossRef
56.
Zurück zum Zitat R.S. Maier, R.S. Bernard and D.W. Grunau, Phys Fluids, 1996, ser. 7, vol. 8, pp. 1788-1801.CrossRef R.S. Maier, R.S. Bernard and D.W. Grunau, Phys Fluids, 1996, ser. 7, vol. 8, pp. 1788-1801.CrossRef
Metadaten
Titel
Dependence of Lamellar Eutectic Growth with Convection on Boundary Conditions and Geometric Confinement: A Phase-Field Lattice-Boltzmann Study
verfasst von
Ang Zhang
Jinglian Du
Zhipeng Guo
Qigui Wang
Shoumei Xiong
Publikationsdatum
12.12.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions B / Ausgabe 1/2019
Print ISSN: 1073-5615
Elektronische ISSN: 1543-1916
DOI
https://doi.org/10.1007/s11663-018-1479-1

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