Analisis Perpindahan Panas Padat-Cair Dalam Perubahan Fase

Perpindahan panas perubahan fase padat-cair mencakup dua proses: pengerasan zat (cairan menjadi padat) dan peleburan (padat menjadi cair),zat dipanaskan sampai titik leleh dan menyerap sejumlah besar panas selama proses leleh, dan panas laten dilepaskan selama proses pengerasan saat didinginkan hingga titik beku.

Transisi fase padat-cair dan transfer panas adalah fenomena umum di alam, seperti pembentukan batuan vulkanik, evolusi es dan pencairan bumi, dll.dan juga proses penting dalam bidang teknologi teknik, seperti pendinginan makanan, pengolahan polimer, pengerasan dan kristalisasi castings, persiapan bahan paduan amorf, penyulingan bahan semikonduktor,penyimpanan energi panas atau dingin, dll.

Transfer panas perubahan fase padat-cair memiliki keuntungan kepadatan fluks panas yang tinggi, efisiensi termal yang tinggi dan tekanan rendah, yang memiliki signifikansi penelitian dan nilai aplikasi yang penting.

Model matematika dan persamaan yang mengatur transfer panas transisi fase padat-cair biasanya didasarkan pada konsep medium kontinu,dengan asumsi isotropy dan keseragaman fase padat-cairKarena antarmuka padat-cair dipengaruhi secara langsung oleh sifat fisik zat,transfer panas perubahan fase padat-cair dapat dibagi menjadi dua kategori sesuai dengan bahan yang berbeda: masalah dengan suhu transisi fase tunggal dan antarmuka padat-cair yang jelas (zat murni).

Masalah suhu transisi fase dalam kisaran tertentu dengan zona koeksistensi dua fase (campuran).Transfer panas transisi fase padat-cair dapat dibagi menjadi dua kategori sesuai dengan kuantitas karakteristik yang berbeda: model suhu (suhu adalah satu-satunya variabel tergantung, dan persamaan energi ditetapkan di daerah fase padat dan fase cair masing-masing)

Model entalpi (suhu dan entalpi adalah variabel tergantung, dan entalpi digunakan untuk membedakan antara fase padat dan cair, tanpa partisi).Karakteristik dan kesulitan transisi panas fase padat-cair terletak pada antarmuka padat-cair yang bergerak, dan juga dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti aliran relatif cairan, perubahan volume transisi fase padat-cair, dan resistensi termal batas.

Pada tahap awal, larutan transisi panas fase padat-cair terutama menggunakan metode analitis, termasuk analisis yang tepat dan analisis perkiraan.Hanya beberapa idealisasi transisi fase padat-cairan transfer panas dengan kondisi batas sederhana dapat dengan akurat dipecahkan untuk beberapa satu dimensi semi-tak terbatas, wilayah yang sangat besar, terutama berdasarkan masalah Neumann dan masalah Neumann umum.

Analisis pendekatan terutama mencakup metode integrasi, metode keadaan hampir stabil, metode perturbasi, metode resistensi termal, metode pendekatan berturut-turut, dll.yang terutama memecahkan masalah transisi fase antarmuka monoton satu dimensi dan beberapa masalah dua dimensiMetode numerik adalah solusi utama untuk masalah transfer panas transisi fase padat-cair multi-dimensi di bawah kondisi yang kompleks.

Ada dua model utama untuk metode numerik untuk menangani transisi fase padat-cair:model dua fase terpisah (metode pelacakan antarmuka) dan model dua fase campuran (metode grid tetap)Model dua fase yang terpisah memperlakukan dua fase sebagai dua wilayah, yang dapat mencerminkan proses transisi fase dengan lebih rinci, tetapi proses perhitungan perlu melacak antarmuka,jadi usaha komputasi besar.

Model dua fase hibrida percaya bahwa tidak ada antarmuka yang ketat dalam proses transisi fase, dan dua fase hidup berdampingan,dan perhitungan sederhana tetapi tidak dapat dengan akurat menampilkan karakteristik antarmukaSelain itu, metode Monte Carlo dan kisi Boltzmann digunakan untuk menghitung proses transfer panas transisi fase padat-cair.

Karena kekurangan konduktivitas termal rendah dari bahan perubahan fase, terutama bahan perubahan fase organik,peningkatan transfer panas dari perubahan fase padat-cair juga merupakan masalah penting yang harus diselesaikan.

Dan ada dua jenis metode penguatan utama: menambahkan logam konduktivitas tinggi atau partikel padat non-logam untuk meningkatkan konduktivitas termal dari bahan perubahan fase;Struktur diperkuat seperti busa logam, sirip logam, dan grafit diperluas digunakan untuk memperkuat transfer panas ke bahan perubahan fase.