相变潜热随温度变化对固-液相变过程的影响.pdf

第翟尊年翥，期 态，。黑。复巴。．意。。。磬Ⅵ鬈：i盎。l ：om年z!—— 竺竺!竺!!!竺竺!：竺竺竺!竺! !。兰兰：：一 文章编号：0254—0096(2003)01一0053—05 相变潜热随温度变化对固．液相变过程的影响 刘中良，马重芳，孙 旋 (北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022) 摘要：对相变潜热随温度变化的变温固液相变过程进行了数值分析计算，重点分析了相变潜热随温度变化对相变过程 的影响。结果表明，对于相变潜热随温度变化的相变过程，其主要影响因素仍然是s【efan数、相对导热系数、相对热扩散 系数、相变温度宽度等基本无量纲数。尽管相变潜热随温度的变化会对相变过程造成一定的影响．但如果用相变温度范 围内的平均潜热代替实际相变且视为常数，则可以较好地近似实际相变过程：由此不会给预测融化所需要的总时间带来 明显的误差，而对温度分布的影响也很小，主要集中在液固过渡区内。 关键词：熔化；潜热；相变 中圈分类号：TK512+．3 文献标识码：A 温度范围内的相变过程。尽管人们已经对多种问题 0 引 言 进行了理论分析与计算[71j，但，据笔者所知，还没 固液相变(熔化与凝固)传热过程在各种工业工 有关于相变潜热随温度变化对相变过程影响方面的 程和现代科学技术中有着重要应用。在相变蓄热技 研究。本文将重点对该问题进行研究探讨。 术、太阳能等可再生能源的开发利用技术以及铸造、 1数学物理模型及求解方法 食品加工等过程中，固一液相变传热过程的强弱往往 对整个过程起着决定的作用，对固一液相变过程进行 如图1所示，一厚度为d的无限大平板，具有 有效控制和强化是这些工艺过程中的关键技术。所 均匀的初始温度T。(小于乎板材料的最低相变温 以，对固液相变传热过程的研究引起了人们广泛的 度)，在时间￡=0时平板一侧表面温度突然升高到 兴趣。由于在固液相变过程中存在一个位置和运动 T。(大于平板材料的最高相变温度)，另一侧绝热。 速度均为未知的固液运动界面，所以即使物性是常 为了研究相变潜热随温度变化的影响，我们假定： 数，它也是非线性的。因此，除了几个极端简化了的 情况外…，一般很难找到这类问题的分析解，只能 用数值方法进行求解。 绝 对于纯物质，一般认为相变是在单一温度下进 热 行的(即所谓的理想相变)，其相变潜热也可以认为 是一个常数。但对于复合相变介质(PcM)其相变 是在一个小的温度范围内进行的。同时，人们还发 现，在这种相变过程中相变潜热不再是常数，而是与 温度有关。 迄今为止，人们已经提出了多种求解固液相变 v 过程的数值计算方法，如变时间步长法【23j、有限差 1f——————f—一 分一有限单元法“J、焓法和显热容法【5|6o等。其中显 图1物理模型 热容法特别适用于求解变温相变即相变发生在一个 1 The Fig phy萄caImodel 收稿日期：2∞1．tO．09 基金