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申请/专利权人：清华大学

摘要：本公开涉及一种螺旋选晶器结构优化方法及装置，该方法包括：基于元胞自动机算法和有限差分数值模拟算法，构建算法模型；根据预设螺旋选晶器的铸件参数和预设定向凝固工艺参数，构建包括对应于预设螺旋选晶器的选晶器模型的物理结构模型；将物理结构模型导入算法模型并进行参数设置；根据预设定向凝固工艺参数和算法模型，进行针对各选晶器模型在定向凝固过程中的组织三维生长形貌预测，得到各预设螺旋选晶器对应的预测结果；根据预测结果展示各预设螺旋选晶器对应的组织三维生长形貌。本公开基于对选晶器组织的三维模拟，缩短了螺旋选晶器结构设计的优化周期，避免了基于传统实验方法的工艺设计中资金与人力成本较高的问题。

主权项：1.一种螺旋选晶器结构优化方法，其特征在于，包括：基于元胞自动机算法和有限差分数值模拟算法，构建算法模型，所述算法模型用于预测螺旋选晶器在定向凝固过程中的组织三维生长形貌；根据至少一个预设螺旋选晶器的铸件参数和预设定向凝固工艺参数，构建对应的物理结构模型，所述物理结构模型包括对应于所述预设螺旋选晶器的选晶器模型；将所述物理结构模型导入所述算法模型，并对所述物理结构模型进行参数设置；根据所述预设定向凝固工艺参数和所述算法模型，进行针对各所述选晶器模型在定向凝固过程中的组织三维生长形貌预测，得到各所述预设螺旋选晶器对应的预测结果；根据所述预测结果，展示各所述预设螺旋选晶器对应的组织三维生长形貌；其中，所述铸件参数包括尺寸参数和构成所述预设螺旋选晶器的合金的组分参数；所述预设定向凝固工艺参数包括抽拉速度和浇注温度；其中，所述物理结构模型包括对应于激冷盘的激冷盘模型、对应于加热炉部件的加热炉模型、对应于型壳部件的型壳模型、对应于定向凝固炉的定向凝固炉模型和对应于外部辐射环境部件的环境部件模型中的部分或全部；其中，根据所述预设定向凝固工艺参数和所述算法模型，进行针对各所述选晶器模型在定向凝固过程中的组织三维生长形貌预测，得到各所述预设螺旋选晶器对应的预测结果，包括：设定所述选晶器模型定向凝固过程中有限差分网格的尺寸；设定对所述选晶器模型的多个有限差分网格中与糊状区相关的有限差分网格进行再网格划分后得到的单元网格的尺寸；在所述选晶器模型的底面布设对应数量的初始晶粒；根据所述预设定向凝固工艺参数、所述算法模型、所述有限差分网格以及所述单元网格，对各所述选晶器模型在定向凝固过程中的温度和组织三维生长形貌进行预测，得到各所述预设螺旋选晶器对应的预测结果；其中，所述与糊状区相关的有限差分网格包括：处于所述糊状区的目标有限差分网格层、处于所述糊状区上方且与所述糊状区相邻的液相区中的部分或全部液相有限差分网格层、处于所述糊状区下方且与所述糊状区相邻的固相区中的部分或全部固相有限差分网格层；其中，对各所述选晶器模型在定向凝固过程中的温度和组织三维生长形貌进行预测，得到各所述预设螺旋选晶器对应的预测结果，包括：根据所述目标有限差分网格层、至少部分所述液相有限差分网格层和至少部分所述固相有限差分网格层内的有限差分网格分别对应的第一温度，计算出所述目标有限差分网格层中各单元网格对应的第二温度；根据所述目标有限差分网格层中各单元网格对应的第二温度进行组织凝固计算，得到所述目标有限差分网格层对应的三维形貌预测结果；在确定对所述目标有限差分网格层的组织凝固计算完成后，进行下一目标有限差分网格层的组织凝固计算，直至计算出每个有限差分网格层对应的三维形貌预测结果，并将所述选晶器模型的每个有限差分网格层对应的三维形貌预测结果作为所述预设螺旋选晶器的预测结果；其中，对各所述选晶器模型在定向凝固过程中的温度和组织三维生长形貌进行预测，得到各所述预设螺旋选晶器对应的预测结果，还包括：按照预设时间间隔进行针对各所述选晶器模型的温度场预测，得到各所述选晶器模型的每个所述有限差分网格对应的第一温度；其中，温度场预测是基于能量方程、热传导定律和辐射换热定律进行的。

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