超声场中气泡稳态空化对枝晶生长过程的作用机制

摘要

利用高速摄影技术,实时记录了功率超声作用下succinonitrile-8.3%Water(摩尔分数为8.3%)溶液凝固过程中稳态空化气泡与枝晶间的相互作用,并结合数值模拟揭示了稳态空化对枝晶生长的影响机制.结果表明,稳态空化能够加速枝晶生长、促使枝晶臂断裂和吸附球状晶生长.当气泡的迁移方向与枝晶生长方向一致时,气泡振荡过程中产生的周期性高压导致周围熔体过冷,从而加速枝晶生长.当稳态空化气泡向固相内部迁移时,其振荡引发枝晶臂内部产生大于屈服强度的应力,促使枝晶臂变形和断裂.同时悬浮于固-液界面前沿的稳态空化气泡能够在周围液相中产生局部的周期性变化流场和高剪切力,使得邻近的枝晶碎片将吸附在其周围并以球状晶形态生长.