COMSOL相变传热模型构建：MATLAB辅助仿真新视角

1.研究背景

相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。

2. 模型介绍

如图1几何模型示意图所示。相变材料的相变温度为320K，热流体入口的流速为0.1m/s，入口温度为380K，热流体壁厚为0.005m，模型计算过程中考虑了相变材料熔化过程中的温差驱动以及体积力作用。

图1 几何模型示意图

3. 物理模型及边界条件设置

本模型主要采用COMSOL 6.0软件中的层流、流体传热以及非等温流动多物理场模块，其中流体传热添加了相变材料。详细的物理模型及边界条件设置如图2所示。

图2 详细的物理场选择及边界条件设置

4. 结果展示

图3 热管流体的流速云图

图4 模型区域的温度分布

图5 模型相体积分布

图6 相体积动态变化

图7 相变指示器

备注：本计算模型求解过程中，最终78%左右的相变材料发生相变。

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