在铸锭和铸件的凝固过程中,大量晶粒的漂移和沉积对铸锭/铸件的成分分布和最终组织有重要影响,而晶粒漂移和沉积的研究在凝固界刚刚起步。本文采用格子玻尔兹曼-元胞自动机(LBM-CA)耦合的方法对单个晶粒下降问题进行了研究。用封闭方腔内自然对流和强制对流算例对所建立的LBM模型进行了验证,计算结果表明,本文所建立的LBM模型可以很好地复现流动结果,证明了本文LBM模型的正确性。采用所建立的CA-LBM模型研究了纯铝晶粒及Al-Cu合金晶粒在熔体中的漂移下落过程,得到的研究结果如下:首先,采用LBM模型计算模拟了单个颗粒在自然对流和强制对流条件下的下落过程。在自然对流情况下,该颗粒会发生垂直向下运动,左右不发生移动;在强制对流情况下,该颗粒向下运动,同时水平方向沿流线运动。其次,采用CA-LBM方法研究单个纯铝晶粒运动和生长时,发现:1)当晶粒在自然对流中保持静止时,晶粒在竖直方向上呈现非对称生长的形貌特征;2)当晶粒在自然对流中垂直下落时,晶粒在垂直方向上的非对称性生长更为显著;3)当晶粒在强制对流中垂直下落时,晶粒在竖直方向和水平方向上均呈现出非对称生长特征,且竖直方向的不对称性更为强烈。最后,采用CA-LBM方法研究单个铝铜合金晶粒运动和生长时,在自然对流中凝固初始阶段,晶粒溶质分布均匀,最后晶粒出现非对称生长的现象,而且溶质富集越来越严重;在强制对流中凝固初始阶段,晶粒溶质分布均匀,最后溶质分布不均匀,枝晶上半部分溶质富集严重,枝晶下半部分溶质富集较少。