枝晶生长和气孔形成过程是影响合金凝固组织的重要因素。理论和实验研究方法都有一定的困难和局限性。随着高性能计算技术的迅速发展，数值模拟方法已经成为研究凝固微观组织演化的重要手段，它为理论和实验研究提供参考和依据。本论文针对凝固过程中枝晶生长和气孔形成过程开展模拟研究，完成的主要工作如下:　　 本文首先基于Shan-Chen多相流模型，建立了模拟气孔形成的气-液两相流二维格子Boltzmann方法(latticeBoltzmannmethod，LBM)模型，将气-液两相流的LBM模型和模拟枝晶生长的元胞自动机(CellularAutomaton，CA)模型相耦合，建立模拟枝晶生长和气孔形成的CA-LBM耦合模型，开发出相应的程序。应用Laplace定理和单气泡的生长过程对气-液两相流的LBM模型进行了验证。应用气-液-固三相之间的润湿性现象对CA-LBM耦合模型进行了验证。　　 应用CA模型对Al-Cu合金在纯扩散条件下的枝晶生长规律进行了模拟研究。分析了初始过冷度和冷却速度等因素对枝晶生长的影响规律。结果表明，随初始过冷度增大和冷却速度的加快，枝晶生长速率增加，枝晶臂变细。　　 应用CA-LBM耦合模型对枝晶生长和气孔形成进行了模拟研究。分析了CA与LBM不同时间步长比条件下枝晶生长对气孔形貌的影响，研究了不同初始气体含量和气-液界面张力条件下气孔的形成和生长。结果表明，CA的时间步长小于或者等于LBM的时间步长时，枝晶会绕过气孔生长，气孔在枝晶间不易发生变形和运动;CA的时间步长大于LBM的时间步长时，气孔会在枝晶间发生变形生长和运动。初始气体含量越高、气-液界面张力越大时，气孔的体积分数越高，气孔的最大半径越大，气孔的形核时间越短。定向凝固过程中枝晶和气孔生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、气孔的优先形核位置、气孔的长大、合并、在枝晶间受挤变形、在液相通道中的运动以及枝晶和气孔的竞争生长等物理现象。模拟结果与透明合金材料环己烷定向凝固的原位观察实验结果吻合良好。本模型的模拟结果可以帮助我们加深理解在凝固过程中气孔形核、生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机制。