انجماد و ذوب

انجماد و ذوب (Solidification and Melting) چیست؟

انتقال از فاز جامد به فاز مایع به عنوان ذوب (melting) شناخته می‌شود. یک ماده خالص در دمای مشخص و ثابتی که به عنوان نقطه ذوب شناخته می‌شود، شروع به ذوب شدن می‌کند.

انتقال فاز در موادی که فاز جامد تولید می‌کند، به عنوان انجماد (solidification) شناخته می‌شود که معمولاً به آن یخ زدن (freezing) نیز می‌گویند. این حالت معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که دمای مایع به زیر نقطه انجماد آن کاهش یابد. درحالی که بیشتر مواد دارای نقطه انجماد و ذوب در دمای یکسانی هستند، اما همه مواد دارای نقطه انجماد و ذوب مشابه نیستند. از این‌رو عبارات “نقطه انجماد” و “نقطه ذوب” همیشه معادل همدیگر نیستند.

ذخیره انرژی حرارتی در مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در طول فرآیند تغییر فاز به دست می‌آید؛ به طوری که در طول تغییر فاز از جامد به مایع، گرما را از محیط جذب می‌کند و در طول تغییر فاز مایع به جامد، گرما را به محیط برمی‌گرداند. مواد PCM دارای انواع دمای ذوب (liquidus temperature) یا دمای انجماد (solidus temperature) هستند و از این‌رو، در سیستم‌های سرمایش و گرمایش استفاده می‌شوند.

شبیه سازی Solidification and Melting در ANSYS Fluent

مدل انجماد و ذوب (solidification and melting) شامل محاسبه چگالی و ویسکوزیته در یک ناحیه خمیری (mushy zone) است و برای استفاده در جریان‌های دوفازی درنظر گرفته شده است. مشخصه‌های این ناحیه خمیری که در قسمت‌هایی هم مایع و هم جامد است، توسط یک قانون اهرمی (lever eule) براساس تفاوت بین دمای ذوب و انجماد کنترل می‌شود. چگالی، ویسکوزیته و ظرفیت حرارتی ناحیه خمیری با استفاده از قانون اهرمی با به‌کارگیری میانگین وزنی نسبی پارامترهای مایع و جامد تعیین می‌شود.

با استفاده از Ansys Fluent، مسائل جریان سیال شامل انجماد و ذوب که در یک دمای مشخص یا در یک محدوده دمایی اتفاق می‌افتد را می‌توان حل کرد. نرم افزار Ansys Fluent از فرمولاسیون آنتالپی-تخلخل (enthalpy-porosity) به‌جای ردیابی مرز بین مایع-جامد به‌طور صریح استفاده می‌کند. برای درنظر گرفتن کاهش فشار ناشی از حضور مواد جامد، ناحیه خمیری مایع-جامد به عنوان یک ناحیه متخلخل با ضریب تخلخل (porosity) مساوی با درصد مایع نشان داده می‌شود. همچنین معادلات توربولانسی ترم‌های سینک (sink) را برای محاسبه تخلخل کاهش یافته در مقاطع جامد شرکت می‌دهند.

نرم افزار Ansys Fluent فرآیند انجماد و ذوب را با استفاده از روش آنتالپی-تخلخل مدل می‌کند. مرز مشترک مذاب به طور خاص در این روش ردیابی نمی‌شود. درعوض، هر سلول در دامنه محاسباتی دارای مقداری است که تحت عنوان کسر مایع (liquid fraction) شناخته می‌شود؛ به طوری که این کسر مایع نشان دهنده بخشی از حجم سلول است که به شکل مایع است. در هر تکرار از فرایند حل، کسر مایع با استفاده از تعادل آنتالپی محاسبه می‌شود.

یک مثال، شبیه سازی مربوط به Solidification and Melting of PCM around a Corrugated Tube است. در این تحلیل CFD، انجماد و ذوب یک ماده تغییر فاز دهنده (PCM) در داخل یک لوله با سطح داخلی موج‌دار با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent توسط کارشناسان پردازشگران مهر انجام می‌شود.

در پروژه دیگر CFD، عملکرد phase change material which is evenly distributed inside the circular chamber با پوشش شیشه‌ای توسط نرم افزار ANSYS Fluent بررسی شده است. درنهایت، کسر جرمی‌های مایع و جامد و کانتورهای مختلف در زمان‌های مختلف به دست آمده است.

گروه پردازشگران مهر، متخصص در زمینه شبیه‌سازی انجماد و ذوب

گروه پردازشگران مهر با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل‌سازی، مش‌بندی و شبیه‌سازی براساس نیاز مشتریان می‌باشد. خدمات شبیه سازی برای شبیه سازی‌های انجماد و ذوب به شرح زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• شبیه سازی و تحلیل کاربرد PCM در مخزن ذخیره، مخزن سوخت، و …
• شبیه سازی CFD مواد تغییر فاز دهنده درون انواع مبدل‌های حرارتی
• مدلسازی PCM درون انواع مختلف لوله (لوله فین‌دار، لوله سه‌تایی، و …)
• تحلیل کاربرد PCM در تجهیزات حرارتی خورشیدی
• شبیه سازی CFD توسعه عملکرد باتری با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده
• تحلیل سیستم‌های تهویه مطبوع اجباری با استفاده از ماده تغییر فاز دهنده
• و …..

شما می‌توانید محصولات مرتبط با شبیه سازی انجماد و ذوب را در فروشگاه CFD Training Shop ما بیابید:

خدمات ما محدود به موضوع ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های متفاوت و چالش برانگیز در زمینه مدل سازی مهندسی انجماد و ذوب می‌باشد که توسط مشتریان ما سفارش داده شده است. ما حتی انجام شبیه‌سازی CFD را برای هر طرحی که در ذهن دارید می‌پذیریم تا آنها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه تصور می‌کردید برسید. شما می‌توانید به صورت رایگان و بدون هزینه با کارشناسان ما مشورت کرده ansysfluent.ir/contact-us و با ارسال جزئیات مسأله به ما از طریق آدرس order your project پروژه خود را سفارش بدهید.