Тепловая смена фазы твердое-жидкое включает два процесса: затвердевание вещества (жидкость становится твердой) и плавление (твердое становится жидким),вещество нагревается до точки плавления и поглощает большое количество тепла во время процесса плавления, а скрытое тепло высвобождается во время процесса затвердевания при охлаждении до точки замерзания.
Переход твердо-жидкой фазы и передача тепла являются распространенными явлениями в природе, такими как образование вулканических пород, эволюция льда и таяние земли и т. д.и также являются важными процессами в области инженерных технологий, такие как охлаждение пищевых продуктов, обработка полимеров, затвердевание и кристаллизация отливок, приготовление материалов из аморфных сплавов, очистка полупроводниковых материалов,хранение тепловой или холодной энергии, и т.д.
Передача тепла из твердо-жидкой фазы имеет преимущества высокой плотности теплового потока, высокой тепловой эффективности и низкого давления, что имеет важное исследовательское значение и применение.
Математические модели и управляющие уравнения для теплопередачи перехода твердо-жидкой фазы обычно основаны на концепции непрерывной среды,при условии, что изотропия и однородность твердо-жидкой фазыПоскольку на твердо-жидкий интерфейс непосредственно влияют физические свойства вещества,Передача тепла от твердо-жидкой фазы может быть разделена на две категории в соответствии с различными материалами.: проблемы с температурой однофазного перехода и прозрачным интерфейсом твердое-жидкое (чистое вещество).
Проблема температуры фазового перехода в определенном диапазоне с зоной сосуществования двух фаз (смесь).Теплопередача перехода твердо-жидкой фазы может быть разделена на две категории в соответствии с различными величинами характеристики: модель температуры (температура является единственной зависимой переменной, а уравнение энергии устанавливается в областях твердой фазы и жидкой фазы соответственно)
Модель энтальпии (температура и энтальпия являются зависимыми переменными, и энтальпия используется для различения твердых и жидких фаз без разделения).Характеристики и трудности перехода твердо-жидкой фазы теплопередачи лежат в движущемся твердо-жидком интерфейсе, а также на них влияют такие факторы, как относительный поток жидкости, изменение объема перехода твердо-жидкой фазы и граничное тепловое сопротивление.
На раннем этапе раствор твердо-жидкой фазы перехода тепловой передачи в основном используется аналитические методы, включая точный анализ и приблизительный анализ.Лишь несколько идеализированных твердо-жидкий переход фазы тепловой передачи с простыми пограничными условиями могут быть точно решены для нескольких одномерных полубесконечных, бесконечно большие области, в основном основанные на проблеме Неймана и обобщенной проблеме Неймана.
Анализ приближения включает в себя в основном метод интеграции, метод квазистабильного состояния, метод возмущения, метод теплового сопротивления, метод последовательного приближения и т.д.который в основном решает одномерную монотонную интерфейсную фазовую переходную проблему и очень немногие двумерные проблемыЦифровые методы являются основными решениями многомерной проблемы перехода твердо-жидкой фазы на тепло в сложных условиях.
Существует две основные модели для численных методов для обработки переходов фаз твердо-жидкий:разделенная двухфазная модель (метод отслеживания интерфейса) и смешанная двухфазная модель (метод фиксированной сетки)Отделенная двухфазная модель рассматривает две фазы как две области, которые могут более подробно отражать процесс перехода фаз, но процесс расчета должен проследить интерфейс,так что вычислительные усилия большие.
В гибридной двухфазной модели считается, что в процессе перехода фаз нет строгого интерфейса, и две фазы сосуществуют,и расчет прост, но не может точно отобразить характеристики интерфейсаКроме того, методы Монте-Карло и решетчатые методы Больцмана используются для расчета процесса теплопередачи перехода фазы твердо-жидкой.
Из-за недостатков низкой теплопроводности материалов с фазовыми изменениями, особенно органических материалов с фазовыми изменениями,Усиленная тепловая передача твердо-жидкой фазы также является важной проблемой, которая должна быть решена.
И есть два основных типа методов усиления: добавление высоко теплопроводящих металлических или неметаллических твердых частиц для улучшения теплопроводности материалов с фазовыми изменениями;Укрепленные конструкции, такие как металлическая пена, металлические плавники и расширенный графит используются для усиления теплопередачи материалам с фазовыми изменениями.
