The modelling of heat, mass and solute transport in solidification systems

The aim of this paper is to explore the range of possible one-phase models of binary alloy solidification. Starting from a general two-phase description, based on the two-fluid model, three limiting cases are identified which result in one-phase models of binary systems. Each of these models can be readily implemented in standard single phase flow numerical codes. Differences between predictions from these models are examined. In particular, the effects of the models on the predicted macro-segregation patterns are evaluated. L'objet de ce texte est d'explorer le domaine du possible des modèles monophasiques de la solidification d'un alliage binaire. En partant d'une description générale diphasique, basée sur le modèle à deux fluides, trois cas limitatifs sont identifiés qui résultent en des modèles monophasiques de systèmes binaires. Chacun de ces modèles peut être facilement traduit en codes numériques pour écoulement de phase unique. On examine les différences entre les prédictions de ces modèles. On évalue, en particulier, les effets des modèles sur les configurations prédites de macro-ségrégation. Das Ziel dieser Abhandlung ist, den Anwendungsbereich von Einphasenmodellen bei der Verfestigung von binären Legierungen zu ermitteln. Ausgehend von einer allgemeinen Beschreibung der zweiphasigen Vorgänge aufgrund eines Zweiflüssigkeitenmodells werden drei Grenzfälle umrissen, die sich mit einphasiger Betrachtung abhandeln lassen. Jedes dieser Modelle kann leicht in Standardrechenprogrammen für Einphasenströmung implementiert werden. Unterschiede zwischen den Rechenergebnissen nach den einzelnen Modellen werden verglichen. Insbesondere werden die Einflüsse dieser Modelle auf die berechneten makroskopischen Entmischungsformen ermittelt. ПroVeдeнo иssлeдoVAниe диAпAзoнA VoзMoжныч oднoфAзныч Moдeлeй зAтVerдeVAния бинArнoгo sплAVA. s иsпoльзoVAниeM oбщeгo oпиsAния дVuчфAзнoгo пroцessA нA osнoVe Moдeли дVuч sreд usтAнoVлeнo suщesтVoVAниe тreч пreдeльныч sлukhAeV, пoзVoляющич пoлukhить oднoфAзныe Moдeли бинArныч sиsтeM. КAждAя из Moдeлeй Moжeт быть лeгкo reAлизoVAнA s пoMoщью sтAндArтныч khиsлeнныч AлгorитMoV для oднoфAзнoгo тekheния. rAssMAтrиVAютsя rAзлиkhия Meждu rAskheтAMи пo пreдлoжeнныM MoдeляM. V khAsтнosти, oцeниVAeтsя Vлияниe Moдeлeй нA чArAктerиsтики MAкrorAздeлeния.