液态金属冷却(LMC，Liquid-Metal-Cooling)工艺是一种新型的定向凝固工艺，由于用传导和对流传热代替了辐射传热，与传统高速凝固法(HRS，High-Rate-Solidification)相比可以提供更高的温度梯度和凝固速率，在生产大尺寸单晶和定向叶片方面具有明显优势，深入研究LMC工艺下铸件凝固过程的温度场以及晶粒组织，对于大尺寸单晶和定向叶片的生产具有重要意义。　　 本论文在基本的传热方程以及元胞自动机理论的基础上，利用有限元软件ProCAST对单晶铸件的温度场，大尺寸定向凝固燃机叶片的温度场以及晶粒组织进行了模拟与实测。　　 研究表明单晶铸件温度场的模拟与测量结果符合很好，在1200℃以上计算温度曲线与实测温度曲线一致。LMC工艺可以提供的冷却速率远远高于HRS工艺，并且随着拉速的增加，冷却速率增加。在横截面积突变处，即缘板部分，尤其是缘板的外沿，温度梯度明显降低；随着拉速的增加，凝固界面由凸面状变平直，拉速继续增加凝固界面变成凹面状，并且曲率不断增加。要在缘板处获得完整的单晶，应当控制拉速，使固液界面平直或者呈凸面状，使凝固从缘板的内部向外部顺序进行。　　 大尺寸定向叶片横向、纵向的晶粒组织对比表明，微观组织模拟结果和试验结果吻合良好。拉速较高时，凝固界面凹陷，晶粒垂直于凝固界面收敛生长，部分晶粒取向偏离<001>方向角度很大，在缘板部位观察到疏松，叶身靠近缘板部位由于凝固界面曲率增大，出现等轴晶粒；拉速较低时，凝固界面平直，晶粒取向偏离<001>方向角度很小，缘板处疏松面积明显减小、位置移向缘板外沿，在叶身靠近缘板处没有观察到等轴晶粒。