汽车轻量化是当前节能环保,守护绿水青山的重要途经。铝合金汽车零部件在轻量化征程中起着举足轻重的作用,如何制备高品质铝合金零部件是当前制造业面临的新的挑战。19世纪70年代提出的半固态成形技术是介于液态和固态成形的新型成形工艺,其产品具有低成本高品质的优势,是汽车轻量化的首选技术。本研究主要针对半固态压铸工艺浆料制备组织不均匀及充型流动不稳定两个问题开展基础理论探索。本文采用以实验为基础和标杆,以数值模拟建模与应用为主的研究策略,开展了 357.0铝合金半固态浆料制备过程中晶粒形貌的演变机制和压铸充型时浆料的多相流动机制研究。首先根据半固态制浆的工艺特点,建立了耦合溶质场、温度场和速度场的相场-格子-玻尔兹曼微观组织模拟模型,基于该模型系统研究了特定范围内参数对晶粒形貌演变的影响机制,揭示了形成球状晶的关键控制因素。其次,针对半固态浆料流动过程中较为典型的固液分离现象建立了充分考虑相间作用的适用于半固态压铸充型模拟的多相流模型。基于该模型研究了工艺参数、型腔形状等对固液分离程度的影响机制,揭示了多相流动过程中宏观流动形态-微观运动行为之间的作用机理,阐明了颗粒在不同区域的流动倾向,解释了不同特征的固液分离现象。全文得到了如下的研究成果:（1）建立了适用于半固态浆料微观组织演变的相场-格子-玻尔兹曼模型（Phase-Field-Lattice-Boltzmann-Method,PF-LBM）,准确模拟了不同参数对晶粒形貌的影响,并给出了研究区域内的溶质分布及速度场,对揭示晶粒形貌演变的内在控制机制提供定量的分析依据。（2）通过微观组织模拟研究得到了如下对工艺优化具有指导性作用的结论:生长空间越小越有利于球状晶的形成。局部晶粒稳定生长过冷度（2.3～16.3℃）越小,球状晶形成的几率越大。晶粒的球形度随稳态冷却速率（0.0162～1.62℃/s）的增大先增大后减小。溶质膨胀引起的自然对流（溶质膨胀系数βc=-4.0～7.3）能够使树枝晶的二次枝晶臂随着自然对流强度的加大而逐渐变细,但不是十分明显。强制对流（0.0001～0.2无量纲量）对低过冷度下生长的晶粒形貌影响程度较小,对高过冷度下的晶粒形貌影响程度十分显著,顺流侧的晶粒生长受到抑制,逆流侧得到促进。（3）依据半固态浆料的特有属性建立了适用于其流动过程多相流动模拟的模型,粘度模型-颗粒相间作用模型-颗粒液相间作用模型的子模型组合为（k-ε realizable）-（Syamlal-O’brien）-（Gidaspow）。（4）基于建立的多相流模型研究了不同参数对浆料流动过程中固液分离的影响机制。总体而言,充型速度越大,固体颗粒相的分布相对低速下比较均匀。随着颗粒尺寸（50 μm,100 μm和150μm）的增加流动前沿的固液分离程度先降低后增加。固液分离程度随着通道弧度的增加而加剧。（5）解释了在不同的区域内（边界层颗粒区和中心颗粒区）颗粒的流动行为,揭示了壁面处及流动前沿产生固液分离的机制。根据流体力学理论及半固态浆料流动过程中各参数对其固液分离的影响探究了相分离缺陷产生的内部机制,得出在浆料固相分数为0.5且颗粒尺寸为100 μm时控制浆料流动速度在一定临界值时20.799 m/s可保证较薄的固液分离层及较适宜的流动状态。（6）本研究为半固态压铸全流程多尺度数值模拟技术的研发丰富了两项内容:微观组织模拟和多相流动模拟,初步建立了两者之间的接口,并与前端材料计算和后续缺陷预测进行了初步的对接。