熔体中群体晶粒的运动行为是合金铸件凝固过程中的普遍现象,该现象对大型铸制品的微观组织分布、成分分布及使用性能等有重要影响。目前,对于合金凝固的微观组织研究多限于静止状态下枝晶的生长行为,涉及枝晶运动的研究较少(尤其是多枝晶运动)。本文对多晶粒在熔体中运动行为进行了数值模拟研究,为深入理解工业铸锭偏析的形成机制解决一个关键性的基础问题。本文提出了一种用于求解运动晶粒溶质场的新方法,建立了能够准确地模拟多晶粒运动行为的CA-LBM-Ladd耦合模型。首先对所建立的模型进行可靠性验证,随后利用该模型分别对单晶粒、多晶粒在重力场作用下的生长以运动过程进行了模拟研究,最后分析了择优生长方向、固相密度以及浮力项等参数对晶粒运动的影响,得到的结论如下:(1)通过计算单枝晶在自然对流下的生长过程并将模拟结果与解析解对比,验证了CA-LBM模型对于微观组织计算的准确性;通过计算无限长管道中圆形颗粒的下落、固定形貌枝晶的平移和转动过程验证了Ladd方法对于边界处理的准确性;通过计算单枝晶在重力场下的运动过程验证了本模型在计算运动溶质场时的准确性。(2)模拟了单枝晶在重力作用下的生长及运动过程,结果表明:当枝晶的择优生长角不为0时,枝晶呈现不对称生长,枝晶在下落的过程中会发生转动行为,转动的结果使得枝晶更加倾向于稳定生长。枝晶转动速度会随着初始择优生长角的增大而增大,下落速度会随着初始择优生长角的变大而减小。并且固相密度对枝晶的运动影响较大,在相同的凝固时间下枝晶的固相密度越大,枝晶下落速度就越快。(3)模拟分析了多枝晶在重力作用下的生长及运动过程,模拟结果显示:多枝晶的生长及运动模式和单枝晶有着很大的区别,具体表现在两个方面:一是多枝晶之间通过流场合并等相互作用,改变枝晶原有的运动状态,这在一定程度上减缓了枝晶的下落速度;二是枝晶间的溶质场融合改变了边界枝晶原有的生长模式,增大了其转动速度。(4)模拟分析了热浮力和溶质浮力对Al-4.7%Cu单相固溶体合金多晶粒运动的行为影响,研究发现:溶质排出所引起向下的对流会增大枝晶的下落速度,而潜热释放所引起向上的对流会减小枝晶的下落速度。