我国虽是铸造大国,但国内铸造行业由于工艺水平低,铸件中存在诸多缺陷,还不能算是铸造强国。随着计算机技术和计算流体力学的发展,铸造数值模拟技术越来越成熟,已经成为一种可靠的科学分析方法。在我国应积极开展这一领域的研究,这对于我国铸造业赶超国际先进水平,具有重要的科学价值和实用价值。本文在总结充型流场模拟的多种方法的基础上,根据计算流体力学的动量方程和连续性方程,建立了铸造充型模拟的数学模型。采用有限差分法对该模型在空间、时间域上进行了离散,同时应用“交错网格方法”解决了普通离散方法的迭代结果易产生波形、棋盘形速度及压力场等不合理问题。在数值模拟计算过程中,根据SOLA算法建立求解流域范围内流场的流程图,并基于VOF法推导出了一个简单有效的三维自由表面处理方法,可以计算表面网格流量变化得到新的求解流域,不断重复该过程即完成整个流域流场求解。为了保证计算顺利进行,本文还对表面单元在充满后流体63种合理流出状态、自由表面压力、型腔壁的边界速度和压力等边界条件问题分别进假设,提高了边界网格计算精度。在程序计设方面,本文采用面向对象的编程方法,在Microsoft VC 6.0平台下独立开发出了具有充型流场主要计算功能的模块。通过统一的接口集成到主程序中,实现了三维模型显示、网格剖分、充型数值模拟、结果动态仿真等功能的集成,软件界面简洁、友好、结构严谨,程序具有较好的可扩展性、可维护性和可靠性。最后,把BenchMark试块实验图片与计算模拟结果作对比,验证表明模拟与实验基本吻合,反映了流体流动的客观规律,表明本文建立的数学模型、三维流场计算方法和边界条件处理方法基本正确,可以实现对一些简单铸件的模拟,但处理细节上仍存在误差,需要今后更深入的研究。