高温合金定向凝固技术主要用于航空发动机及燃气轮机单晶叶片的制备，其凝固过程模拟技术是材料研究方向的前沿领域，是一门涉及材料科学、计算机学及信息科学等多种学科的交叉学科，是研究定向凝固过程的重要方法，也是国内外学者关注的热点。本文对DD5合金定向凝固过程进行模拟仿真，并与实验手段相结合，取得了以下成果:　　(1)设计了测温系统，测试了DD5合金定向凝固过程温度场曲线，并利用实测的温度场冷却曲线，反算模壳-铸件间界面换热系数。计算结果表明，界面换热系数在液相线以上及固相线以下变化不大，其数值分别为2300W·m-2K-1及1000W·m-2K-1左右;在液-固相线之间区域由于试样凝固产生收缩，导致铸件-模壳间产生气隙，形成温差，界面换热系数迅速下降。　　(2)通过对DD5合金试棒定向凝固温度场的模拟，得到与实测冷却曲线吻合较好的模拟冷却曲线。通过温度场模拟分析，得到了试棒不同部位辐射散热能力对温度场等温线呈倾斜分布的影响规律;隔热挡板内径和水冷铜盘半径尺寸对冷却速度的影响规律;抽拉速度较小有利于获得较窄的糊状区宽度;提高上炉体温度以及减小试样直径能够增大固-液界面前沿的温度梯度。　　(3)通过模拟的DD5合金试棒单晶生长组织与定向凝固实验制备的组织相对比，两者在选出单晶的高度及表面晶粒密度方面均较为吻合。通过模拟DD5合金叶片组织，获得了叶缘处产生杂晶缺陷的机理，并提出了两种可行的优化方案:添加引晶器法和倾斜放置变拉速法。经模拟验证，选晶器均可以正常选晶，单晶取向与热流方向偏离角小于15°，均可以达到预期的避免叶缘处产生缺陷的目的。　　(4)利用实验与模拟相结合的方法，得到了螺旋选晶器的组织演化规律与选晶规律，提出螺旋选晶器的设计原则:引晶段高度应设计在13-36mm这个区域内，并且尽可能的接近36mm;螺旋段螺距hs应远大于dw·tanθ，才能够满足成功的选择出单晶组织的条件。