TY - JOUR

T1 - К ТЕОРИИ НАПРАВЛЕННОГО ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ОБЛАСТИ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ

AU - Александров, Дмитрий Валерьевич

AU - Низовцева, Ирина Геннадьевна

AU - Александрова, Ирина Владимировна

AU - Иванов, Александр Андреевич

AU - Стародумов, Илья Олегович

AU - Торопова, Любовь Валерьевна

AU - Гусакова, Ольга Вадимовна

AU - Шепелевич, В. Г.

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - В работе развита модель процесса направленного затвердевания бинарных расплавов с двухфазной зоной, когда доля жидкой фазы описывается пространственно-временнóй скейлинговой зависимостью. Введены автомодельные переменные с законами роста межфазных границ обратно пропорциональными квадратному корню из времени. Математическая модель процесса переформулирована с использованием автомодельных переменных. Определены точные автомодельные решения уравнений тепломассопереноса при наличии двух подвижных границ фазового перехода: твердая фаза–двухфазная зона и двухфазная зона–жидкая фаза. В виде интегральных выражений найдены распределения температуры и концентрации примеси в твердой фазе, двухфазной области и расплаве. Уменьшение безразмерной температуры охлаждаемой границы приводит к увеличению скорости кристаллизации и повышению доли жидкой фазы. Определены скорость кристаллизации, константы параболического роста и доля жидкой фазы на границе твердая фаза–двухфазная зона в зависимости от скейлингового параметра, а также теплофизических констант затвердевающего расплава. Найдены положения границ фазового перехода между твердой фазой и двухфазной областью, а также двухфазной областью и бинарным расплавом. Проанализированы зависимости для скорости затвердевания (обратно пропорциональные квадратному корню из времени). При этом показано, что скейлинговый параметр существенно влияет на скорость процесса затвердевания и на долю жидкой фазы в области фазового превращения. Развитая модель и метод ее решения могут быть обобщены на случай направленного затвердевания многокомпонентных расплавов при наличии нескольких областей фазового превращения (например, основной и котектической двухфазных зон при кристаллизации трехкомпонентных расплавов).

AB - В работе развита модель процесса направленного затвердевания бинарных расплавов с двухфазной зоной, когда доля жидкой фазы описывается пространственно-временнóй скейлинговой зависимостью. Введены автомодельные переменные с законами роста межфазных границ обратно пропорциональными квадратному корню из времени. Математическая модель процесса переформулирована с использованием автомодельных переменных. Определены точные автомодельные решения уравнений тепломассопереноса при наличии двух подвижных границ фазового перехода: твердая фаза–двухфазная зона и двухфазная зона–жидкая фаза. В виде интегральных выражений найдены распределения температуры и концентрации примеси в твердой фазе, двухфазной области и расплаве. Уменьшение безразмерной температуры охлаждаемой границы приводит к увеличению скорости кристаллизации и повышению доли жидкой фазы. Определены скорость кристаллизации, константы параболического роста и доля жидкой фазы на границе твердая фаза–двухфазная зона в зависимости от скейлингового параметра, а также теплофизических констант затвердевающего расплава. Найдены положения границ фазового перехода между твердой фазой и двухфазной областью, а также двухфазной областью и бинарным расплавом. Проанализированы зависимости для скорости затвердевания (обратно пропорциональные квадратному корню из времени). При этом показано, что скейлинговый параметр существенно влияет на скорость процесса затвердевания и на долю жидкой фазы в области фазового превращения. Развитая модель и метод ее решения могут быть обобщены на случай направленного затвердевания многокомпонентных расплавов при наличии нескольких областей фазового превращения (например, основной и котектической двухфазных зон при кристаллизации трехкомпонентных расплавов).

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=43878439

U2 - 10.31857/S0235010620050023

DO - 10.31857/S0235010620050023

M3 - Статья

SP - 469

EP - 479

JO - Расплавы

JF - Расплавы

SN - 0235-0106

IS - 5

ER -