凝固过程中大量复杂的输运现象,是生产功能梯度材料的关键问题,包括动量、热量、成分和颗粒的输运.该文对这些输运现象展开了研究.首先,从微观方程出发,利用相函数和体积平均推导了多相流宏观方程.其次,对颗粒与凝固面的相互作用模型进行了比较,提出了颗粒与椭圆枝晶界面作用模型,并给出了建立稳态模型的方法和步骤.再次,提出了重力作用下一维Al/SiC系统凝固模型,并用有限容积法进行了数值求解.计算结果表明,当从底部冷却,并开始凝固时,在凝固件的顶部有一个无颗粒区,中间有一个等颗粒体积分数(最大堆积浓度)区,底部有一个颗粒体积分数渐变区.在此基础上,就各参数对凝固件中颗粒浓度分布的影响进行了研究.当初始颗粒体积分数比较大时,无颗粒区较小,降低冷却温度可以使浓度渐变区增大.最后,采用多相流模型对不同冷却条件下Al-Si/SiC系统二维凝固过程进行了数值模拟,对顶面冷却、底面冷却、侧面冷却和四面冷却条件下,无颗粒、小颗粒和大颗粒的情况进行了研究.计算给出的溶质分布表明,对于分凝系数小于1的合金,先凝固的地方出现负偏析,后凝固的地方出现正偏析.顶面冷却和底面冷却时出现A型偏析,侧面冷却和四面冷却出现V型偏析.共晶分布验证了Scheil方程,共晶的产生会受到宏观偏析的影响,而且大颗粒的堆积会抑止共晶的产生.