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ANSYSWorkbench17.0热力学相变分析实例演练

【摘要】:在相变过程中,焓的变化相对于温度而言十分迅速。由此可见热分析是非线性的。在ANSYSWorkbench平台中将焓作为材料属性的定义,通常用温度来区分相。通过相变分析可以获得物质在各个时刻的温度分布,以及典型位置处节点随时间变化的曲线。通过温度云图,可以得到完全相变所需的时间,并对物质任何时间间隔的相变情况进行预测。焓值计算方程为:1)在固体温度以下时:H=ρcs式中,cs为固体比热容。

相变分析必须考虑材料的潜热,将材料的潜热定义到材料的焓中,其中焓的数值随温度变化。在相变过程中,焓的变化相对于温度而言十分迅速。对于纯材料,液体温度与固体温度的差值应该为0,在计算时,通常取很小的温度差。由此可见热分析是非线性的。在ANSYSWorkbench平台中将焓作为材料属性的定义,通常用温度来区分相。通过相变分析可以获得物质在各个时刻的温度分布,以及典型位置处节点随时间变化的曲线。通过温度云图,可以得到完全相变所需的时间,并对物质任何时间间隔的相变情况进行预测。

(1)相变分析的控制方程:在相变分析过程中,控制方程为:

C〕〔T&t〕+〔K〕〔Tt〕=〔Qf

其中:

C〕=∫ρc〔NTN〕dV

式中,ρ为物质的密度;c为物质的比热。

(2)计算焓值的方法:焓曲线根据温度可以分成3个区域:在固体温度(Ts)以下,物质为纯固体;在固体温度(Ts)与液体温度(Tl)之间,物质处于相变区;在液体温度(Tl)以上,物质为纯液体,如图9-1所示。

焓值计算方程为:

1)在固体温度以下(TTs)时:

H=ρcsTTl

式中,cs为固体比热容

2)在固体温度(T=Ts)时:(www.chuimin.cn)

Hs=ρcsTsTl

3)在固体温度(TsTTl)时:

H=Hs+ρc*TTs

978-7-111-56727-1-Part03-2.jpg

图9-1 焓值计算示意图

式中,978-7-111-56727-1-Part03-3.jpg978-7-111-56727-1-Part03-4.jpg,其中cl为液体比热容,L为融化热。

4)在液体温度(T=Tl)时:

H=Hs+ρc*TlTs

5)在温度高于液体温度(TTl)时:

H=Hl+ρclTTl