冰融化
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-19
冰融化的視頻教程
基于凝固-融化模型的水凝固和冰融化模擬
1.掌握凝固-融化模型仿真基本通用流程，冷凝-融化模型介紹與注意事項； 2.掌握meshing網格劃分過程； 3.掌握CFD-POST后處理過程，體渲染與ios平面； 4.提供源文件與答疑過程；
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冰融化的實例教程
電加熱冰融化過程仿真 ￥1000
本案例建立了一內部帶有冰的結構，并設計了電加熱裝置，模型如圖所示。基于COMSOL軟件的電-熱耦合模塊，模擬了結構在電流作用下的冰融化的過程，模擬結果如圖所示：
中國科學院寒區旱區環境與工程研究所研究人員一項最新研究表明，青藏高原的多年凍土層在過去幾十年來持續變化，已經導致活動層厚度平均增厚２０厘米以上，使大量固存于多年凍土層上限附近的地下冰融化。
中國科學院寒區旱區環境與工程研究所研究人員趙林介紹，多年凍土在我國青藏高原廣泛分布，分布面積約為１３０萬平方公里。持續多年的觀測和分析研究發現，青藏高原的多年凍土在過去幾十年來持續變化，已經導致活動層厚度平均增厚２０厘米以上，使大量固存于多年凍土層上限附近的地下冰融化。
研究人員表示，青藏高原多年凍土層在形成的漫長過程中，凍土層不斷集聚大量水分并以固態形式長期儲存于多年凍土層內，如此長期反復的凍結作用造成參與高原冰凍圈中水分循環的數量逐年減少，必然對高原內部及北部邊緣地帶局域水循環和小氣候產生影響。
他們認為，隨著全球氣候變暖，部分多年凍土層消融，肯定可以從已融化的凍土層中釋放出少部分水分補充地下水，用于調節區域水資源，但這部分能夠補充于地下水資源的數量到底有多少、對區域水資源調節作用有多大，取決于很多因素，如氣候變化的方式、幅度、凍土融化速率、深度以及局地巖性、排水和水文地質條件等，是個復雜的巨大系統過程，有待于進一步深入研究。
展開 1.薄膜模型（Thin Film）
薄膜模型提供了一個簡化的方法，用來模擬艙室擋風玻璃內部或其它表面的除冰或除霧。
對該模型的限制如下：
Thin Film Model
1）一旦一個邊界被激活具有了一個霧或者冰層，那么這個模擬就必須在瞬態模式下運行；
2）除冰和除霧可能在同一個Region里，但是不能在同一個邊界上。
Deicing Model
你不可以使用接觸的邊界，除冰只可以施加在wall邊界上，而且類型必須是對流（convection）或熱流（heat flux）。
Defogging Model
1）除霧只可以施加在wall邊界或者接觸界面上（contact interface），固體/流體；
2）當前的飽和蒸汽壓曲線是基于水蒸氣。
2. 除冰模型
當薄膜模型激活后，除冰模型就可用了，它是一種簡化的方法來獲得擋風玻璃或其它表面上的除冰。
圖中的Deiling節點包含了材料特性，
主要假設是：
1）冰層并沒有作為一個相在體網格中出現，但是是通過函數來模擬的，這樣冰層并不會流動；
2）模型的模式隱含的假設了冰周圍的溫度是大于凍結溫度。如果不是這樣將會導致一些非物理的值（例如，在融點以下的溫度冰可能就開始融化了）；
3）先執行一個穩態的計算來初始化對流流場；
4）熱邊界的最好方法是對流；
5）在瞬態運行中，建議將所有的方程打開，但是可以使用一個大的時間步（time-step），因為冰層的融化不會影響到流場。
展開 化學家們總是“較真的”，他們一定要給出一個合理的解釋：冰之所以會有很小的摩擦力，是因為腳丫子或鞋等身體重量的支撐點與冰面之間有一層水，水分子能起到潤滑的作用，所以無論是否穿著溜冰鞋，都能在冰上滑出“似魔鬼的步伐”。
無序的水分子（左）和排列整齊的冰（右）。圖片來源：Ascalaph Designer program
然而，問題又來了，冰面上的水從哪里來的呢？冰面溫度那么低，水都應該結冰才對啊？
流傳最廣的應該是“壓力融化說”——冰在壓力下融化，形成水膜。這個想法來自James Thompson在 19世紀50年代提出了一個數學模型：冰的熔點隨壓強的增大而降低。[1] 也就是說，只要有足夠大的壓力，冰就會變成水。而所謂的“復冰現象”，就是壓力增大使冰融化，然后在壓力恢復常值時重新結冰的現象。動畫片里，柯南還根據“復冰現象”破解過冰室殺人之謎。
圖片來源：《名偵探柯南》687集
解釋看似很合理，但往往流傳最廣的不一定就最準確。比如，一個體重約68公斤的人站在冰上，只能使冰的熔點降低大約0.0167 ℃。冰場的冰面溫度大約是-3.5 ~ -7 ℃，即使是穿著溜冰鞋，接觸面只有冰刀那么一點點面積，想讓冰在零下3.5攝氏度融化，也需要運動員體重達到約200公斤，這體重踩著冰刀去玩花樣滑冰？？？此外，壓力融化并不會立即發生，一個人也不可能簡單地通過壓力融化出冰面上的一層水。
韓國花樣滑冰運動員金妍兒。圖片來源于網絡
于是，科學家又提出了“摩擦生熱融化說”。這個解釋似乎更加直觀，冰刀高速摩擦冰面，產生熱量，使冰面融化。可是細想就會發現問題，例如很多人一站到冰面上，動都沒動就摔倒了，根本還沒有足夠的摩擦去生熱。
這也不對，那也不對，難不成冰面上本來就有一層水？
恭喜你，答對了！都會搶答了哈！
冰表面液態水層示意圖。
展開 到前一章為止的講座里，其模擬對象，就象水中的冰那樣，都是含有同一物質的固相和液相的流動。這一次，作為有關凝固、熔化（融化）仿真的最后一講，打算探討一下包括氣相在內的氣液固三相流的問題，譬如空氣中的冰融化成水這樣的案例。
固體熔化而變成液體時，固體的體積率（也就是固相率）轉變為液體的體積率（稱作液相率）。眾所周知，水凍結成冰時，其體積大小會發生變化。與此類似，絕大多數的情況下，同一種物質的液態和固態時的體積是不一樣的。在流體的模擬解析中，還要考慮這樣的體積變化實在有點勉為其難。因此，一般在模擬時，如圖19.1 所示那樣，認為液體和固體的體積在相變時不發生變化。
圖19.1 固相率和液相率之間的關系
對于液體和固體共存的單元，我們僅考慮固相率的值小于流動極限固相率的單元，求解這些單元中液體的流動，至于其余的單元則認為是靜止的。這樣建立的模型與以前講座里介紹的是一致的。而且，因熔化（融化）生成的液相的流動，則用自由表面流仿真法來加以模擬。在這一講的仿真實例中，應用的就是這個講座里以前介紹過的MARS法（即Multi-interface Advection and Reconstruction Solver）
接下來想介紹這一講的仿真實例。很快就要到品嘗刨冰的季節了，大家可能都有這樣的體驗，如果邊扇著風扇邊吃刨冰，刨冰很快就融化掉了。在此，我們打算把冰放置在室內，讓它分別處于無風和有風吹拂的情形下，以此來比較一下，看看兩者的融化方式有何差異。
模擬用的模型展示于圖19.2中。冰的潛熱為333,623（J/kg），流動極限固相率設定為0.7，在300秒期間內作非定常模擬。
圖19.2 模擬用的模型示意圖
模擬結果呈現在圖19.3中。在視頻中表示的是固相率和液相率均為0.5的等值面。
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基于COMSOL軟件的電-熱耦合模塊，模擬了結構在電流作用下的冰融化的過程，模擬結果如圖所示：
瞬態計算中，入口溫度采用溫升實驗數據，冰層溫度大于0℃，則認為冰已融化。
2 設計方案結果分析
2.1 除霜模式下出風口風量分配
除霜風道各出風口的風量分配對擋風玻璃上速度分布影響很大，因此，在設計除霜風道時，將各出風口的風量分配作為一項重要的設計目標進行控制。
wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p><strong>1.2 融化凝固模型功能</strong></p><p><br></p><p>1.可模擬純物質的凝固和融化，如Chapter37中的冰融化；</p><p>2.可模擬多組分溶液的凝固融化；</p><p>3.可模擬固化材料和壁面之間接觸熱阻（存在氣隙）</p><p> <img src="https:
隨著狀態改變的熱傳遞過程，稱之為相變(Phase Change)(如沸騰的水吸收汽化熱后變成蒸氣，水凝固成冰或冰融化成水等)；工程上許多應用都會發生不只一個相的傳熱過程，例如冷凝器、熱管及熱交換器等。
雪
冬天天氣，如雪天，可能會以雨水類似的方式影響攝像頭，就像當雪花接觸鏡頭的視窗（optical window），立即融化成冰漿（ice-slurry）。更糟糕的是，這些冰水混合物可能在低溫下很快再次凍結，并在攝像頭的視線上形成不透明的障礙物。
大雪或冰雹會使圖像灰度波動，模糊圖像或視頻中某個目標的模式邊緣，導致檢測失敗。
如果變壓器油中水分過多，在氣溫低時會在電極上粘附冰結晶，但當氣溫升高時，粘附在電極上冰結晶會融化，增加導電性，從而會出現放電的危險，為此對絕緣油控制密度，一般要求在20℃時密度不大于895kg／㎡。
分析：
1.導壓管堵塞；
2.三閥組漏氣；
解決方案：
1.被測氣體為腐蝕性氣體，銹渣積存在導壓管，打開排放閥排渣;被測氣體含水，冬天易凍，加熱融化冰，做好保溫伴熱。
動態冰則包含了冰生長抑制表面，冰生長控制表面，可規劃無冰區域的表面，動態冰融化的表面。三種表面各舉一例，如圖2-4所示。
圖2. 通過設計環境響應的基底得到的動態防覆冰表面 (a) 熱響應的潤滑液可再生的有機凝膠 (b) 可相變的潤滑液浸潤的多孔表面。
2017年，美國麻省理工學院的研究人員發明了一款神奇的微型折疊機器人，這種微型機器人被包裹在用冰做成的口服含片里，被人服下后會通過食道進入胃里，冰膠囊融化后，機器人會像折紙一樣打開。展開后的機器人看起來就像一張有皺褶的紙， 它們遇熱或受磁場作用時會膨脹或收縮，進而使機器人移動。外科醫生通過外部電磁場影響機器人身上的磁鐵， 進而控制機器人的運動。機器人也能通過屈伸自己的皺褶，沿著胃壁爬到指定的位置。
為了預測除霜性能，將一 層冰置于車窗表面，冰融化的這一過程可用潛熱模型捕捉。除霧性能可以通過當地的車 窗表面空氣飽和來預測。
挑戰
CFD 模型的建立
CFD 分析最耗時的是建立一個合適的 CFD 模型。與此相比，純粹的計算時間在一 定程度上顯得略為不重要一些。
