COMSOL相變傳熱的案例
COMSOL相變傳熱模型 附COMSOL與MATLAB連接步驟下載
1.研究背景
相變材料具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。以固－液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態發生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。
2. 模型介紹
如圖1幾何模型示意圖所示。相變材料的相變溫度為320K，熱流體入口的流速為0.1m/s，入口溫度為380K，熱流體壁厚為0.005m，模型計算過程中考慮了相變材料熔化過程中的溫差驅動以及體積力作用。
圖1 幾何模型示意圖
3. 物理模型及邊界條件設置
本模型主要采用COMSOL 6.0軟件中的層流、流體傳熱以及非等溫流動多物理場模塊，其中流體傳熱添加了相變材料。詳細的物理模型及邊界條件設置如圖2所示。
圖2 詳細的物理場選擇及邊界條件設置
4. 結果展示
圖3 熱管流體的流速云圖
圖4 模型區域的溫度分布
圖5 模型相體積分布
圖6 相體積動態變化
圖7 相變指示器
備注：本計算模型求解過程中，最終78%左右的相變材料發生相變。z
下載地址：COMSOL與MATLAB連接步驟
展開 多晶硅鑄錠爐定向凝固技術——考慮馬蘭戈尼效應的COMSOL固液相變傳熱仿真（含CAE模型） ￥216
熔融的硅液逐漸發生相變，從液態變為固態，等到所有硅料變為固體后開爐取料。
本模型解決的是多晶鑄錠爐內的多晶硅定向凝固現象，抽象為物理問題就是考慮馬蘭戈尼效應的固液相變問題。
關鍵詞：固液相變、定向凝固、馬蘭戈尼效應、流體流動、相界面、表面對表面的熱輻射
1、模型幾何
從內到外依次為硅液、石英坩堝、石墨臺、加熱器、保溫筒、爐壁。
2、處理方法
固液相變的處理辦法可以大致分為動網格法和偽流體方法。
偽流體的處理方法也可以包含多種，比如固液相變中將固體的粘度取得很大，固體在粘性力作用下產生的運動可以被忽略。比如固液相變中將流體假設為在多孔介質中流動，當孔隙率為1的時候可以近似為全部為沒有孔隙的固體，而孔隙率為0的時候即為流體。
由于定向凝固中全部液態的硅要轉化為全部固態的硅，相界面從無到有，再消失。使用動網格雖然可以捕捉清晰的相界面，但是最終無法得到最后的相界面的拓撲變化，因此，本模型采用的是偽流體處理方法。
3、材料參數
除液體硅外，其余材料的材料參數均假設為常數，不隨溫度變化。
圖 硅液材料參數
圖 固體硅材料參數
圖 石英材料參數
圖 石墨材料參數
圖 保溫筒材料參數
圖 爐壁材料參數
4、物理場
模型添加了固體和液體傳熱、層流、表面對表面的輻射、非等溫流動、馬蘭戈尼效應。
5、研究
研究分為加熱和降溫兩個階段。
加熱過程中假設所有物質都是固體，僅考慮固體傳熱，得到10h后的溫度分布。
降溫過程選則的初始條件是5h的鑄錠爐狀態，因為5h后硅料已經全部融化為液態，直接降溫可以進行定向凝固。
展開 積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
流固共軛換熱幾何模型
以下是關于固體熱源和相變的VirtualFlow設置。
04 計算結果
從圖中可以看出，液態冷媒從入口進入，隨著不斷被加熱溫度達到飽和溫度，液態冷媒開始發生相變，成為汽態冷媒，隨著繼續加熱，有的位置的溫度明顯升的較高，蒸汽的體積分數達到最大，如冷板上側離熱源最近，蒸汽的體積分數達到1.0，完全相變；而與其相對的另一側，蒸汽體積分數在0.5 左右，并沒有完全相變。
05 總結
1、在共軛傳熱相變模擬中，VirtualFLow開發了相應的模型，并在多個領域實現了應用和驗證，在國產軟件中實現了完全自主。
2、共軛傳熱幾何處理，商軟處理方式是，將固體域導入到前處理軟件，再提取流體域，再做共節點處理，最后劃分網格導入到求解器中。而VirtualFlow只需導入固體域，軟件會自動提取流體域，還能自動生成網格，大大節省了前處理時間。
3、VirtualFLow作為具備完全自主知識產權的國產軟件，可根據用戶需求進行深度二次開發。
通用計算流體力學軟件VirtualFlow，具備行業領先的網格建模與求解技術，和豐富的多相流物理模型及先進的相變模型，可模擬單相和多相/多組分物質流動、傳熱、界面追蹤、粒子追蹤、相變、水合物反應等復雜問題，可為工業各行業用戶提供專業級流體仿真解決方案。
展開 均熱板相變傳熱仿真分析
為了保證計算機高效、穩定的運行，對散熱問題的解決提出了巨大的挑戰，相變散熱是一種非常有優勢的散熱方式，近幾年受到人們廣泛關注。文中對相變散熱的核心部件均熱板進行研究，均熱板的微槽道結構對其散熱效果具有很大的影響，通過對矩形、V形、 圓弧形微槽道均熱板的數值模擬仿真分析，研究其內部流體域溫度、壓力、速度的變化情況，發現V形槽均熱板具有最好的 散熱效果，矩形槽次之，圓弧U形最差；圓弧U形槽均熱板的均溫性最好，矩形和V形槽較差；三種微槽道結構內部流體域流 動速度較緩慢。
關鍵詞：均熱板；相變；數值模擬；微槽道
0 引言
近年來隨著微電子技術的迅猛發展，電子器件的體積不斷縮小，集成度不斷提高，這使得單位體積內的發熱量越來越大。因此，為保證電子器件高效、穩定地運行，必須利用有效的散熱技術來防止過高的工作溫度。
而均熱板通過內部工質液的相變 （氣-液往復循環） 來達到散熱目的，是一種非常高效的散熱方式，它不需要任何移動電源，避免了傳統散熱方式耗電能的劣勢，是一種非常節能、綠色、環保的高性能散熱裝置。
展開 
ANSYS workbench瞬態傳熱相變分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習傳熱相變的三維模型處理
2、學習傳熱相變瞬態熱分析步的建立
3、學習傳熱相變瞬態熱分析的載荷施加
4、學習傳熱相變瞬態熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 傳熱相變瞬態熱分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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基于Fluent的氣液相變傳熱傳質高級專題應用培訓
【培訓講師】 上海安世匯智流體專家
【培訓時間】 2023年7 月19日~21日
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—— 精品小班課，資深工程師授課
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【培訓日程】
時間
具體內容
第一天
DPM模型基本理論介紹
DPM氣液相變模型介紹
DPM氣液相變案例分享
第二天
蒸發冷凝模型介紹
蒸發冷凝案例分享
壁面沸騰模型介紹
壁面沸騰案例介紹
第三天
基于熱相變模型氣液兩相流模擬介紹
引射器氣液相變案例分享
基于真實介質氣液相變案例分享
Q&A
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展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-10 相變傳熱與導彈導引頭散熱
此外，相變期間的熱傳遞并不總是隨著介質溫度的變化而發生。事實上，可以在溫度變化非常小的情況下實現非常大的熱傳遞速率。這就是相變傳熱的吸引力之一。此外，與自然或強制對流相比，增加溫差可能會導致傳熱系數降低。由于變量的數量，沒有準確的通用方程或相關性可供使用。在可用的方程中，大多數都有一個隨表面特性變化的經驗值，必須通過實驗進行評估。但在沒有實驗驗證的情況下，這些相關性的準確性可能只有50%。
盡管相變傳熱尚未廣泛用于電子冷卻，但隨著部件熱通量的上升，物理定律表明高端冷卻技術將從風冷到液冷再到相變。
2. 彈載相變傳熱仿真
相變材料可以被用于許多專門的電子冷卻應用中，如在大多數情況下，瞬態功率應用，如導彈中使用的瞬態功率應用實現了這些好處。正如我們所看到的，在相變過程中，材料可能只需少量的溫度升高就可以吸收大量的功率。對于導彈等應用，相變材料的機載封裝可以吸收電子封裝釋放的熱量，而不需要專用的冷卻系統。相變材料吸收熱量并熔化。根據熱量和相變材料的質量，冷卻效果將持續到所有材料熔化。相反的效果是，當材料將潛熱釋放給周圍環境時，就會發生凍結。冷凍效應的應用可能出現在短時間在大氣層外飛行的導彈中，在重返大氣層之前，可能需要保護電子封裝免受太空的極端寒冷。
隨著技術的發展，對導引頭制導性能和抗干擾性能的要求有了很大的提高。一些高功率芯片也得到了應用，芯片的熱耗增加了。另一方面，在導彈飛行過程中，由于與外界空氣的劇烈摩擦，整流罩蒙皮的溫度急劇上升。隨著導彈飛行速度和飛行時間的不斷增加，外部環境變得更加嚴峻。內外部的相互作用使彈載導引頭面臨著非常復雜的熱環境，其熱可靠性逐漸成為影響導引頭性能的重要因素。仿真計算模型如下圖所示。
熱量通過熱傳導從連接環傳遞到框架底部，來自頻率合成器、電源和信號處理器的熱量傳遞到框架外圍。
展開 FLUENT多相流案例之一：基于Mixture模型的水蒸氣相變傳熱傳質過程 ￥499
最初，容器內的水(初相)的溫度接近沸點(372k)，容器底壁的中心部分的溫度為573 K，高于沸點。由于熱傳導作用，在超過飽和溫度(373K)時，近壁流體的溫度將升高。同時考慮浮力的作用，蒸汽泡會形成并上升，形成一種類似于氣泡柱的模式，蒸汽從頂部逸出，水在容器內循環。
使用UDF定義熱源，總歸需要定義三個源項
收費文件列表
comsol水力熱耦合冰水相變模型 ￥100
本案例建立成二維軸對稱模型，物理場采用兩個PDE模塊，分別表示水分場和溫度場，一個固體力學模塊，表示應力場。求解器在求解水熱耦合問題中采用瞬態求解器。本貼后面附有參考論文和教程。
在求解應力問題中，采用穩態求解器。通過本案例可以學習掌握凍土水熱力三場耦合模型，詳細案例和文檔說明附后。
第18屆全國熱管會議舉辦，積鼎科技分享「環路熱管相變傳熱仿真」前沿實踐
在該會議上，積鼎科技在熱管仿真方面的成果受到主辦方的關注及認可，并作為受邀嘉賓發表了關于“基于自主軟件VirtualFlow的環路熱管兩相流相變傳熱分析”的主題演講，展示了其在熱管傳熱技術領域的研究進展。
積鼎科技的報告是基于其自主研發的通用流體仿真軟件VirtualFlow，詳細介紹了該軟件在環路熱管系統內部兩相流動及其相變傳熱過程中的數值模擬分析。從蒸發器部件仿真、冷凝器部件仿真、整機回路仿真3個方面介紹該成功應用案例。
環路熱管作為一種高效的熱管理技術，可以通過毛細結構和熱力循環過程實現高效的熱量傳遞。隨著設備性能的不斷提高和集成度的增加，高頻率、高功耗零部件的應用日益廣泛，導致大量熱量產生，影響設備性能和可靠性。傳統散熱技術難以滿足散熱需求，而環路熱管因其基于相變散熱原理，具有傳熱能力強、無需外部能量輸入等優點，在微電子和航空航天等領域應用廣泛。
本研究采用浸入邊界法（IST）劃分網格，homogeneous mixture模型捕捉氣液兩相界面運動，標準k-ε模型描述湍流，并利用熱限制相變模型、LEE模型及壁面冷凝模型等描述流動相變效應，分析了工質在系統回路中的流動狀態、相變率及相含率變化。通過仿真模擬乙烷和丙烯工質在蒸發器和冷凝器中的行為，采用2D軸對稱和3D模型，并基于實驗數據估算系統壓力、物性參數及質量流量，分析了不同加熱功率和孔徑條件下的工質蒸發和冷凝過程，并評估了液體夾帶現象及其對系統穩定性的影響。
仿真結果顯示，乙烷和丙烯工質在蒸發器和冷凝器中均能達到穩定的工作狀態，且結果與實驗數據一致。蒸發器內的液體蒸發現象與加熱功率和孔徑密切相關；冷凝器內冷凝速率穩定，達到穩定工作狀態的時間顯著短于蒸發器。通過壁溫實驗數據可以顯示，仿真計算的流場溫度與實際測量值吻合，證明仿真模型的合理性和可靠性。
展開 基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析 ￥2500
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><strong>更多相關分析，可以查看以下鏈接</strong></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1856241" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于Comsol的鋰電池針刺、內短路和過充仿真</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1846979" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>應用COMSOL APP分析鋰電池熱失控蔓延防控措施</strong></a></p><p><strong>
展開 
COMSOL多孔結構傳熱模擬
多孔結構傳熱模擬涉及對多孔介質內部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優化材料設計、提高能源效率以及解決環境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內建立全連通多孔結構幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結構的傳熱仿真模擬。
多孔結構幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件隨機生成png格式的圖片。
通過CAD圖像導入插件將模型導入到AutoCAD內建立多孔結構草圖，并另存為dxf格式文件。
將多孔結構草圖模型導入到COMSOL內，建立孔隙部件。
在COMSOL內新建與原模型尺寸一致的矩形，并通過布爾操作和分割中的差集建立多孔結構部件。
再次導入原孔隙模型，并構建聯合體。將孔隙部分材料屬性設置為空氣，完成多孔結構兩相材料模型構建。
添加固體傳熱瞬態研究，模型左側設置熱源，并進行網格劃分。
進行計算查看多孔結構傳熱模擬結果
展開 comsol流體傳熱專題培訓班
COMSOLMultiphysics可以求解多場問題，完全開放的架構，任意獨立函數控制的求解參數，專業的計算模型庫，全面的第三方CAD導入功能，強大的網格剖分能力，大規模計算能力，豐富的后處理功能，專業的在線幫助文檔，多國語言操作界面，因此被應用于各個相關科研和產品研發領域，經多所高校單位科研人員反映，在仿真模擬時遇到諸多問題，流體傳熱模塊資料稀缺，交流答疑平臺問題得不到解答comsol流體傳熱和多物理場仿真的培訓需求已經迫在眉睫，應廣大comsol使用者要求，本單位特此舉辦 “COMSOL Multiphysics多物理場耦合流體傳熱”專題線上培訓班
comsol流體傳熱培訓正式培訓文件.pdf
展開 COMSOL：通過傳熱仿真探究蛋糕內的冰淇淋不會融化的原因
利用 COMSOL Multiphysics? 分析烈火阿拉斯加中的傳熱現象
在建立烈火阿拉斯加模型的幾何結構時，我們采用半球體來表示甜品中常見的圓頂。阿拉斯加模型的幾何結構包含底部的海綿蛋糕層、圓頂狀冰淇淋以及覆蓋在冰淇淋上的一層蛋白糖霜。我們將蛋白糖霜層的厚度添加為一個參數，以便靈活調整。糖霜的初始厚度設置為 2cm。
同理，將烤箱溫度添加為一個參數，初始值設置為 250°C。有些食譜要求烤箱溫度約 220°C，烹飪時間 8~10 分鐘。有些食譜則建議使用 250°C 左右的更高溫度，僅需在烤箱內加熱幾分鐘。我們將通過仿真來證實這兩種情況是否能烘焙出期望中的甜點。
我們使用 COMSOL Multiphysics 的固體傳熱接口建立了一個瞬態傳熱仿真。然后，需要提供冰淇淋、蛋白糖霜和海綿蛋糕的密度、熱導率和熱容量作為仿真輸入。我們使用 Vega 等人編著的書籍：《把廚房當作實驗室：對食物和烹飪科學的思考》（The Kitchen as Laboratory: Reflections on the Science of Food and Cooking）中的數據進行仿真。
將材料屬性添加到三個材料節點中，并指定給幾何結構中的冰淇淋、蛋白糖霜和海綿蛋糕等不同的域。數據顯示，蛋白糖霜和海綿蛋糕的導熱性能都很差，這意味著二者為覆蓋在底層的冰淇淋提供了充分的熱絕緣。
為了模擬傳熱，固體傳熱接口使用了三種材料屬性。
將冰淇淋的初始溫度設為 -18°C（冰箱的典型溫度），蛋白糖霜設為 8°C（冰箱內儲存雞蛋的典型溫度），海綿蛋糕設為 20°C（室溫）。
對于邊界條件，采用一個傳熱系數很大的熱通量來表示烤箱內影響烈火阿拉斯加溫度的對流熱通量。
展開 COMSOL二維軸對稱圓柱傳熱 ￥100
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