基于fluent石蠟相變材料模擬(編輯修改稿)
2025-07-15 16:01 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變材料中僅僅具有熱傳導(dǎo)方式的熱量轉(zhuǎn)化而在流體狀態(tài)的相變材料中還包括了熱對(duì)流的傳熱方式。目前，對(duì)于固液相變材料傳熱模擬的數(shù)值求解思路主要包括以下兩種：1. 溫度法模型溫度法模型適合于單一成分有固定相變溫度的相變材料傳熱過程模擬，以溫度為系統(tǒng)因變量，分別對(duì)不同狀態(tài)下的相變材料進(jìn)行控制能量方程的建立，并進(jìn)一步進(jìn)行溫度求解。2. 焓法模型相比前述溫度法模型，焓法模型不僅適用于單一組分的相變傳熱模擬過程，對(duì)于模糊的邊界移動(dòng)等傳熱問題同樣適用，該方法將焓作為系統(tǒng)因變量，在固、液以及混合模糊區(qū)域建立統(tǒng)一的能量守恒控制方程。圖 3 固液兩相系統(tǒng)示意圖如圖3所示，為典型的相變材料固液兩相系統(tǒng)示意圖，選擇對(duì)應(yīng)控制體V作為研究對(duì)象，經(jīng)過相界面的移動(dòng)，在時(shí)刻t，系統(tǒng)分為固體相VS和液體相Vl，將相間由于溫度變化產(chǎn)生的循環(huán)流動(dòng)速度定義為v,控制體內(nèi)材料的變化以及相界面移動(dòng)取決于交界面S處的傳熱邊界條件，初始材料溫度以及材料的熱力學(xué)物理屬性。對(duì)于，焓法模型，應(yīng)用積分形式（如公式1）：ddtρhdV+ρhvdA=k?TdA+qdV (1)式中，以溫度和焓參數(shù)作為系統(tǒng)因變量，相互關(guān)系可以通過公式2實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換：TTm=hhscs0hhlcl (2)公式2中，參數(shù)cs和cl分別表示相變材料固相比熱和液相比熱，參數(shù)hs和hl分別表示相變材料的液體相與固體相焓值，單位為J/kg。將上述方程帶入分別表示固體相和液體相的能量控制方程（公式3和公式4）：ρscs?Ts?t=??ks?Ts+qs (3)ρlcl(?Tl?t+v??Tl)=??kl?Tl+ql (4)式中，ρs和ρl分別表示固體相和液體相的密度參數(shù)，ks和kl表示對(duì)應(yīng)相態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)，Ts和Tl分別表示對(duì)應(yīng)相態(tài)的溫度，?表示梯度算子。想要求解溫度控制方程，需要首先對(duì)流體場(chǎng)的速度方程及相關(guān)系數(shù)進(jìn)行求解。將公式1,2帶入公式3,4后，可以得到如下方程：ρ?h?t=k?2T (5)ρ=ρsρl, k=ks hhs*kl hhl* (6)通過上述公式可以將活動(dòng)區(qū)域以及相態(tài)界面區(qū)域的能量控制方程統(tǒng)一為一個(gè)共同的控制方程組，實(shí)現(xiàn)了相變傳熱模擬的數(shù)值計(jì)算。對(duì)于上述問題的求解方法，對(duì)于一維問題求解主要包括：Neumann法，Lightfoot積分法，Paterson法，對(duì)于多維問題求解主要包括有限差分法，有限元法和有限體積法。 基于Fluent的石蠟材料相變傳熱模擬 Fluent計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬軟件介紹Fluent是一款較為常用的集成流體、熱力學(xué)領(lǐng)域數(shù)值模擬技術(shù)的數(shù)值模擬軟件，采用了多重網(wǎng)格技術(shù)，具有求解收斂穩(wěn)定、收斂速度快的特點(diǎn)，軟件提供了豐富的物理模型。依托ANSYS有限元仿真軟件多場(chǎng)耦合平臺(tái)，ANSYS Mesh模塊為Fluent
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