ANSYS热分析教程：第九章-相变分析详解

"本章是Ansys热分析教程的第九章，主要介绍相变分析，包括相关术语、理论、材料特性以及瞬态分析的应用。章节内容涵盖了金属铸造的实例，热焓材料特性的使用，通用后处理和时间历程后处理的方法。" 在Ansys热分析中，相变是一个关键的概念，它涉及到物质从一种相（固态、液态或气态）转换到另一种相的过程。相变通常伴随着能量的增加或减少，导致物质的原子结构发生变化。常见的相变包括固结、熔化、汽化和凝固。在ANSYS中，这些相变过程常用于模拟如液体的凝固或固体的熔化等现象。 在进行相变分析时，有几个重要的术语需要理解。首先是“相”，指的是具有确定原子结构形态且均匀同性的物质状态。其次是“相变”，指系统能量变化导致的相态转换。例如，当冰在0°C熔化成水时，尽管外部温度保持不变，但其内部能量发生变化，这个过程中吸收的热量被称为潜热。 在实际应用中，ANSYS软件能够处理与相变相关的瞬态热分析。例如，液-汽相变问题可能需要先进行热传递分析，然后进一步用流体动力学软件处理液-汽流动。然而，对于金属凝固这样的典型相变问题，本章将重点讲解。 热焓是相变分析中的核心概念，它表示物质在相变过程中吸收或释放的热量。当物质经历相变时，其温度会保持不变，而热焓则反映了这个过程中能量的存储。在ANSYS中，通过热焓材料特性（ENTH）来考虑潜热的影响。热焓是由密度和比热容计算得出，并作为材料属性输入到模型中。由于热焓值随温度变化，这使得热分析成为非线性问题。 在处理相变分析时，用户需要定义材料的热焓值，通常是能量/体积单位，如kJ/m³或BTU/ft³。如果无法直接使用体积热焓，可以通过密度、比热容和物质的潜热来推算。通过这些数值，可以更准确地模拟相变过程中的能量转移和温度分布。 本章还将通过飞轮铸造的实例，详细阐述如何在ANSYS中设置和使用热焓材料特性，以及如何进行通用后处理和时间历程后处理，以帮助用户理解和掌握相变分析的关键步骤。