先进商用航空发动机大推力和轻量化的需求使得复杂薄壁高温合金铸件得到广泛的应用。对于复杂结构铸件,其充型中的流动和凝固过程十分复杂,凝固组织不仅受凝固顺序,溶质和热量分布影响,还受熔体对流的作用。因此研究复杂空间中强制对流条件下的高温合金凝固组织演变机制,从而为航空发动机用铸件成型提供理论基础,不仅是一个需要深入系统研究的基础问题,而且还具有实际的工程价值。本文基于格子玻尔兹曼方法,建立了一个能定量模拟对流作用下枝晶生长周围流场、溶质场和温度场变化的LBM三场传输模型,并将其与基于元胞自动机方法的Zhu-Stefanescu模型耦合起来,建立了以K4169镍基高温合金为模型合金的Ni-Nb二元合金对流枝晶生长模型。利用该模型,对凝固过程中基本的流动与传质传热问题、强制对流下的镍基高温合金枝晶生长进行模拟,模拟了铸造工艺中合金熔体充型时出现的平板流动、管道流动以及模拟涡流演变的顶盖驱动流,以及熔体中溶质对流扩散问题和方腔自然对流。通过以上模拟可知,所建立模型具有一定的适用性和良好的准确性。利用所建立的对流枝晶生长模型,通过调整初始过冷度和初始浓度等工艺参数,开展其对镍基高温合金枝晶的形成和演变规律的影响机制研究。模拟结果表明:增大初始过冷度能使枝晶生长速度加快,相同时间内达到更高的固相分数,更容易促进二次枝晶生长。增大初始浓度会使得枝晶生长速度减缓,枝晶生长驱动力下降,二次枝晶生长受抑制。利用所建立的对流枝晶生长模型,通过改变熔体的流动速度、运动黏度和扩散系数等熔体传输物性参数,开展了其对强制对流中枝晶的形成和演变规律的影响机制研究。结果表明:增大对流的速度所引起的熔体动量的增大,会明显地促进枝晶生长,枝晶上游二次枝晶生长也得到明显的增强。而下游的枝晶生长受抑制。增大熔体的黏度对枝晶主要的生长速度和枝晶形貌无明显影响,但会使得熔体流动性降低,二次枝晶的间距增大,二次枝晶数目减少。扩散系数的增大会使得枝晶生长速度增大,相同的时间内获得更高的固相分数,且加剧二次枝晶的熟化,在相同的固相分数下二次枝晶数目更少。本文所建立Ni-Nb二元合金对流枝晶生长模型,实现了对对流下镍基高温合金枝晶形成和演化定量模拟。并考察了凝固工艺参数对枝晶生长的影响,以及对流下熔体的传输物性参数对枝晶生长的影响。其模拟结果对深入理解相关凝固理论有较大意义,且对实际铸造工艺有一定的借鉴意义。