球形固相组织形成机理是半固态金属加工技术一个非常重要的基础理论问题，它关系着釆用何种工艺在何种条件下能得到这种细小均匀的球形半固态组织。最新研究表明球形晶粒可以直接在液相中形核并长大，但现有的理论无法解释这一现象。本文基于计算流体力学理论，采用FLUENT软件研究了内外圆筒剪切搅拌过程中的金属熔体流场的具体状态。研究表明，当内筒转速提高时，熔体的流动状态不同于传统认为的简单层流流动，速度沿轴向发生了显著变化，流体质点的矢量方向也不是简单的沿着周向，而是呈现层流与湍流之间分叉状态的有规律分布。涡量较大的区域主要分布于转筒壁附近，这与实验现象球晶首先在转子表面产生相对应，初步证实了涡量是球形晶粒直接在转子表面生成的主要原因。为此本文进一步以熔体中自转的球晶为研究对象，研究了熔体中球形固/液界面形态稳定性动力学问题。首先通过数值模拟得到涡量和剪切速率值，计算出球晶的自转角速度。首次得到了剪切搅拌条件下熔体中球形固/液界面形态稳定性动力学方程与稳定性判据，进而得到了球形固/液界面形态保持稳定的临界半径计算公式以及球晶生长速度的表达式。研究表明，球晶的稳定临界半径随着自转角速度的加快、过冷度的增大而减小。对于Sn-15%Pb合金和丁二腈-5%水合金，球晶的临界半径以及达到临界半径之前的生长速度计算结果与实验结果基本吻合。研究揭示了剪切搅拌时球形晶粒直接生成的机理，为指导半固态材料的制备探索了新的方法。