Comsol冰与水的相变仿真模拟

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本文摘要（由AI生成）：

文本主要介绍了利用 Comsol 有限元模拟来分析冰水相变过程的数值模拟。文章首先介绍了相变和相变材料的基本概念，以及相变材料在储存能量和控制环境温度方面的应用价值。然后，文章详细介绍了模型的建立和边界条件的设置，包括计算模型和材料参数的设置，以及物理场边界条件的选择。最后，文章展示了计算结果，包括温度场、流体场和冰相组成成分分布的分布情况。

关键词：相变材料；相变过程；Comsol仿真；CAE设计；冰水相变；数值模拟

1. 相变和相变材料

相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。相变材料在其相变温度附近发生相变，可以释放或吸收大量热量，这一特征可被用于储存能量或控制环境温度目的，在许多领域具有应用价值。

常压下冰在0℃融化，冰的汽化潜热为335 kJ/kg。能够满足0℃以上的制冷要求。冰冷却时，常借助空气或水作中间介质以吸收被冷却对象的潜热。此时，换热过程发生在水或空气与冰表面之间。被冷却物体所能达到的温度一般比冰的溶解温度高5-10℃。厚度10 cm左右的冰块，其比表面积在25~30 m2之间。为了增大比表面积，可以将冰粉碎成碎冰。水到冰的表面传热系数为116 W/(m2·K)。空气到冰表面的表面传热系数与二者之间的温度差以及空气的运动情况有关。

相变是广泛存在的，在材料科学、热力工程、冶金工程、化学工业和气象学等领域都涉及各种相变过程。