 |
جعبه ایزوترمال
معرفی
این مثال انتقال حرارت را در یک جعبه همدما با هدف حمل و نقل اقلام یخچالی مانند مواد پزشکی به مدت 24 ساعت حل می کند. در این حالت، جعبه نه تنها باید محتویات را برای مدت طولانی سرد نگه دارد، بلکه باید محدودیت دمای نگهداری را نیز رعایت کند. در این مدل فاصله محدودیت بین 2 تا 8 درجه سانتی گراد است.
جعبه نیاز به یک ماده عایق مانند فوم دارد تا محتویات آن را از محیط بیرونی جدا کند. سپس یک منبع سرد، به عنوان مثال یخ در دمای تقریبا 5- درجه سانتیگراد، اضافه می شود. با این حال، برای ماندن بالاتر از حد دمای پایین 2 درجه سانتیگراد، کف نیز بین یخ و محتویات قرار می گیرد.
یک عامل غلیظ کننده اغلب ویسکوزیته آب را قبل از انجماد افزایش می دهد. پس از ذوب، این مخلوط یوتکتیک برای جلوگیری از حرکت همرفتی است که ممکن است گرم شدن را تسریع کند.
شکل 1: هندسه و توزیع مواد جعبه همدما.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه و توزیع مواد جعبه همدما را نشان می دهد. فوم جعبه را از محیط بیرونی جدا می کند. محتویات توسط چهار صفحه یوتکتیک در پشت لایه های فوم در مرزهای عمودی احاطه شده است. فضای باقی مانده در گوشه های محتوا با هوا پر شده است. محتویات در دمای اولیه 5 درجه سانتیگراد است.
دمای محیط
در این مدل دمای محیط از آخرین داده های آب و هوایی ASHRAE پیروی می کند. ایستگاه هواشناسی سویا برای این شبیه‌سازی انتخاب شد ( شکل 2 را ببینید )، با مشخصات دمای معمولی اول ژوئن، از ساعت 6 صبح شروع می‌شود.
شکل 2: مشخصات دمای محیط معمولی بر اساس داده های آب و هوای ASHRAE، ارائه شده توسط ایستگاه هواشناسی سویا از 1 ژوئن در ساعت 6 صبح تا 4 ژوئن در ساعت 6 صبح
شرایط خنک کننده همرفتی با این مشخصات دمایی وابسته به زمان بر روی مرزهای بیرونی جعبه اعمال می شود.
مواد عمومی برای محتوا
برای ساده سازی مدل می توانید در نظر بگیرید که از تمام فضای موجود برای محتوا استفاده شده است. این فرض مربوط به مواردی است که بسته بندی بیش از حد فضای خالی باقیمانده را پر می کند تا شوک های ناشی از حمل و نقل را کاهش دهد. بسته به شرایط ممکن است محتوا نیز تغییر کند. از این رو، یک ماده عمومی با خواص ترموفیزیکی بیان شده در جدول 1 برای این شبیه سازی استفاده شده است.
خواص ترموفیزیکی | ارزش |
رسانایی گرمایی | 1 W/(m·K) |
تراکم | 2000 کیلوگرم بر متر مکعب |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | 800 J/(kg·K) |
لایه های نازک مقاوم در برابر حرارت
مخلوط یوتکتیک معمولاً در بسته‌های پلاستیکی نازک قرار می‌گیرد که مانند لایه‌های مقاومتی عمل می‌کنند. رسانایی حرارتی در این مدل 0.30 W/(m·K) و ضخامت آن 1 میلی متر تنظیم شده است. به طور مشابه، لایه‌های هوای نازک بین فوم، درب و محتویات ( شکل 3 را ببینید) را می‌توان به عنوان یک لایه نازک با رسانایی 0.025 W/(m·K) و ضخامت 50 میکرومتر مدل‌سازی کرد.
شکل 3: انتخاب مربوط به لایه های نازک هوا از نظر حرارتی مقاوم.
تغییر فاز یخ به آب
برای نگهداری محتویات پزشکی در یخچال در طول حمل و نقل، چهار صفحه یوتکتیک جانبی به عنوان ذخیره انرژی عمل می کنند که جعبه را در دمای پایین نگه می دارد. تغییر فاز در حدود 0 درجه سانتیگراد رخ می دهد. تا زمانی که یخ به طور کامل ذوب نشده باشد، به طور ایده آل در تمام طول زمان حمل و نقل، دمای صفحات یوتکتیک نزدیک به 0 درجه سانتیگراد ثابت می ماند که از محتویات در برابر فراتر از دمای بحرانی محافظت می کند.
نتایج و بحث
شکل 4 چندین منحنی را نشان می دهد که نشان دهنده تکامل دما در جعبه به مدت 72 ساعت، همراه با نمودار دمایی صفحات یوتکتیک است.
شکل 4: تغییرات دمایی محتویات (قرمز، سبز و آبی)، دمای متوسط بلوک‌های یخ (فیروزه‌ای) و مقادیر بحرانی (خطوط نقطه‌دار)، در طول 72 ساعت.
میانگین دمای یخ (منحنی فیروزه ای) به سرعت از -5 درجه سانتیگراد به -1 درجه سانتیگراد کاهش می یابد اما نزدیک به 0 درجه سانتیگراد برای نزدیک به 24 ساعت باقی می ماند. منحنی های سبز ساده، آبی و قرمز به ترتیب تکامل میانگین، حداقل و حداکثر دمای محتوا را نشان می دهند. آنها در محدوده 2 تا 8 درجه سانتیگراد (خطوط نقطه چین) در 24 ساعت اول باقی می مانند. بین ۲۴ تا ۴۸ ساعت، درست پس از پایان فرآیند ذوب، محتویات به طور فزاینده‌ای به دمای بحرانی ۸ درجه سانتیگراد نزدیک‌تر می‌شوند. بعد از 48 ساعت، کل جعبه خیلی نزدیک یا بالای 8 درجه سانتیگراد است.
شکل 5: فیلد دما در جعبه در زمان 24 ساعت.
شکل 5 مشخصات دمایی جعبه را پس از 24 ساعت حمل و نقل نشان می دهد. شیب دمایی شدید را می توان در لایه های عایق فوم مشاهده کرد که از محتویات در برابر گرمای بیرون محافظت می کند.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_حرارت/تکنولوژی_پزشکی/جعبه_ایزوترمال
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids (ht) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
با وارد کردن پارامترهای مدل شروع کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
box_w | 40[cm] | 0.4 متر | عرض جعبه |
box_d | 40[cm] | 0.4 متر | عمق جعبه |
box_h | 24[cm] | 0.24 متر | ارتفاع جعبه |
content_w | 24[cm] | 0.24 متر | عرض محتوا |
content_d | 24[cm] | 0.24 متر | عمق محتوا |
content_h | 20[cm] | 0.2 متر | ارتفاع محتوا |
یخ_t | 2[cm] | 0.02 متر | ضخامت صفحات یوتکتیک |
فوم_ت | 4[cm] | 0.04 متر | ضخامت لایه های فوم |
lid_t | 4[cm] | 0.04 متر | ضخامت درب جعبه |
مراحل بعدی هندسه را با انتخاب های تجمعی ایجاد می کند.
هندسه 1
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، box_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text box_d را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، box_h را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 2 (blk2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عبارت content_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text content_d را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، content_h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، (box_w-content_w)/2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، (box_d-content_d)/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، box_h-content_h را تایپ کنید . |
9 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Content را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
11 | روی OK کلیک کنید . |
12 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
13 |  روی دکمه Transparency در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
عملکرد شفافیت در اینجا برای نمایش فضای داخلی جعبه راحت است.
بلوک 3 (blk3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، ice_t را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text content_d را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، content_h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، box_w-foam_t-ice_t را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، (box_d-content_d)/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، box_h-content_h را تایپ کنید . |
9 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Ice را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
11 | روی OK کلیک کنید . |
12 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 4 (بلک4)
1 | روی Block 3 (blk3) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، foam_t را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 5 (بلک5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عبارت content_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth متن ice_t را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، content_h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، (box_w-content_w)/2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، foam_t را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، box_h-content_h را تایپ کنید . |
9 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Ice را انتخاب کنید . |
10 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 6 (بلک6)
1 | روی Block 5 (blk5) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن y ، box_d-foam_t-ice_t را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 7 (بلک7)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، (box_w-content_w)/2-foam_t را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text (box_d-content_d)/2-foam_t را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، content_h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، foam_t را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، foam_t را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، box_h-content_h را تایپ کنید . |
9 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره‌ای New Cumulative Selection ، فضای خالی را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
11 | روی OK کلیک کنید . |
12 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 8 (بلک8)
1 | روی Block 7 (blk7) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، (box_w+content_w)/2 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 9 (blk9)
1 | روی Block 8 (blk8) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن y ، (box_d+content_d)/2 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 10 (بلک10)
1 | روی Block 9 (blk9) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، foam_t را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
بلوک 11 (بلک 11)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، box_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text box_d را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، lid_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، box_h را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پس از نهایی کردن هندسه، چند انتخاب مفید باقی مانده را برای استفاده در بقیه مدل تعریف کنید.
تعاریف
فوم
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، فوم را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 1 و 2 را انتخاب کنید. |
لایه های مقاوم هوای نازک
1 | در نوار ابزار تعاریف ،  روی مجاور کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، لایه‌های مقاوم در برابر هوا نازک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخاب‌های ورودی ، روی افزودن کلیک کنید .  |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌های ورودی ، فوم و محتوا را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، بخش Output Entities را پیدا کنید . |
7 | تیک مرزهای خارجی را پاک کنید . |
8 | کادر داخلی مرزها را انتخاب کنید .  |
سطوح خارجی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Exterior Surfaces را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . تیک همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از لیست موجودیت های خروجی ، مرزهای مجاور را انتخاب کنید . |
به منظور نظارت بر میدان دما در داخل جعبه، اکنون چند پروب تعریف کنید که مقادیر دما را در حین محاسبه نمایش دهد.
حداقل محتوا
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Probe ، Content Minimum را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Probe Type را پیدا کنید . از لیست نوع ، حداقل را انتخاب کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محتوا را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست جدول و واحد نمودار ، degC را انتخاب کنید . |
میانگین محتوا
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Probe ، Content Average را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محتوا را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست جدول و واحد نمودار ، degC را انتخاب کنید . |
حداکثر محتوا
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Probe ، Content Maximum را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Probe Type را پیدا کنید . از لیست نوع ، حداکثر را انتخاب کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محتوا را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست جدول و واحد نمودار ، degC را انتخاب کنید . |
میانگین یخ
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Domain Probe ، Ice Average را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست جدول و واحد نمودار ، degC را انتخاب کنید . |
قبل از تنظیم خواص مواد، مرزهایی را مشخص کنید که به صورت لایه‌های نازک یا لایه‌های نازک مدل‌سازی می‌شوند، و کدام حوزه‌ها جامد یا فاز متغیر هستند. با استفاده از این اطلاعات، COMSOL Multiphysics می‌تواند خواص مواد مورد نیاز را تشخیص دهد.
انتقال حرارت در جامدات (HT)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک راست کرده و Fluid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
ماده تغییر فاز 1
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Phase Change Material را انتخاب کنید .
Attributes کلیک کنید و Phase Change Material را انتخاب کنید .لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin Film را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فیلم نازک ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، لایه‌های مقاوم هوای نازک را انتخاب کنید . |
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه نازک ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
مواد
اکنون می توانید خواص مواد را تعریف کنید.
فوم
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، فوم را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، فوم را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.03 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 25 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 2 | J/(kg·K) | پایه ای |
مواد محتوا
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Content Material را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محتوا را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 1 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 2000 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 800 | J/(kg·K) | پایه ای |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Materials ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
هوا (مت3)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، فضای خالی را انتخاب کنید . |
اب
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، آب را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.6 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 1000 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 4200 | J/(kg·K) | پایه ای |
یخ
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، Ice را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 2.3 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 1000 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 2050 | J/(kg·K) | پایه ای |
پکیج صفحات یوتکتیک
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Eutectic Plates Package را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.3 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 1050 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 20 | J/(kg·K) | پایه ای |
ضخامت | lth | 300 [یک] | متر | پوسته |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Materials ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
مرزهای هوایی
1 | در پنجره تنظیمات مواد ، Air Boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، لایه‌های مقاوم هوای نازک را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | 50 [یک] | متر | پوسته |
در دستورالعمل‌های بعدی، دمای محیط را با استفاده از داده‌های آب و هوای ASHRAE در یک ایستگاه هواشناسی معین تعریف می‌کنید و دامنه و شرایط مرزی را تنظیم می‌کنید.
تعاریف (COMP1)
ویژگی های محیط 1 (apr1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Ambient Properties را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، قسمت تنظیمات محیط را پیدا کنید . |
3 | از فهرست داده‌های محیطی ، داده‌های هواشناسی (ASHRAE 2021) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Location را پیدا کنید . روی تنظیم ایستگاه هواشناسی کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای ایستگاه هواشناسی ، اروپا>اسپانیا>SEVILLA AP (083910) را در درخت انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، بخش زمان را پیدا کنید . |
8 | بخش Local time را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ساعت | دقیقه | دومین |
10 | 00 | 00 |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
ماده تغییر فاز 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids (ht)>Fluid 1 روی Phase Change Material 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد تغییر فاز ، بخش تغییر فاز را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Δ T 1 → 2 ، 3.5 را تایپ کنید . |
4 | قسمت فاز 1 را پیدا کنید . از لیست مواد، فاز 1 ، Ice (mat5) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت فاز 2 را پیدا کنید . از لیست مواد، فاز 2 ، آب (mat4) را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
8 | چک باکس Isothermal domain را انتخاب کنید . |
رابط دامنه همدما 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids (ht) روی Isothermal Domain Interface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای رابط دامنه همدما ، بخش رابط دامنه همدما را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع رابط ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن h ، 5 را تایپ کنید . |
دامنه همدما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Domain Isothermal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دامنه همدما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، فضای خالی را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، 20[degC] را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و مقادیر اولیه را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، محتوا را انتخاب کنید . |
4 | قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . در قسمت متن T ، 5[degC] را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و مقادیر اولیه را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
4 | قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . در قسمت متن T ، -5[degC] را تایپ کنید . |
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Exterior Surfaces را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، 5 را تایپ کنید . |
6 | از لیست T ext ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
مش 1
برای مواد تغییر فاز، یک مش ریزتر به منظور مدل سازی دقیق جبهه ذوب ضروری است. در مراحل زیر، یک توری ظریف‌تر در قسمت‌های یخ در مقایسه با قسمت‌های باقیمانده جعبه بسازید.
چهار وجهی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Ice را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی Size Attribute کلیک کنید و Extra Fine را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
Tetrahedral رایگان 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 |  روی Build Mesh کلیک کنید . |
اکنون مدل برای محاسبه آماده است.
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد زمان ، h را انتخاب کنید . |
4 |  روی Range کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Range ، در قسمت متن Step عدد 3 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت Stop text عدد 72 را تایپ کنید . |
7 | روی Replace کلیک کنید . |
برای همگرایی قوی تر، تحمل نسبی را که اندازه گام های زمانی برداشته شده توسط حل کننده را کنترل می کند، سفت کنید.
8 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
9 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-3 را تایپ کنید . |
11 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
دما (ht)
اولین نمودار پیش فرض نمایه دما را در طول زمان نشان می دهد.
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
2 | از لیست زمان (h) ، 24 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
مراحل زیر نموداری از جبهه تغییر فاز را اضافه می کند.
دما (ht)
در پنجره Model Builder ، روی دما (ht) کلیک کنید .
ایزورفیس 1
1 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی  Isosurface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Isosurface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids>Phase change>ht.alpha12 – Transition Phase بین فاز 1 و فاز 2 را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Levels را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، سطوح را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Levels ، 0.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
7 | تیک Color legend را پاک کنید . |
8 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
این نمودار مقادیر دمایی را نشان می‌دهد که توسط پروب‌های تعریف‌شده قبلی در طول محاسبه گرفته شده است. با نمایش فاصله محدودیت دما آن را کامل کنید.
دمای محتوا
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Probe Plot Group 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Content Temperature را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Temperature of the probes over time را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Temperature (degC) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Probe Solution 2 (sol1) را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، میانی بالایی را انتخاب کنید . |
نمودار جدول پروب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Content Temperature را گسترش دهید ، سپس روی Probe Table Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
حداقل محتوا |
میانگین محتوا |
حداکثر محتوا |
میانگین یخ |
دمای محتوا
در پنجره Model Builder ، روی Content Temperature کلیک کنید .
جهانی 1
1 | در نوار ابزار دمای محتوا ، روی  کل کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
2 [درجه سانتیگراد] | tenC | محدودیت دما، حد پایین |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
8 | در نوار ابزار Content Temperature ، روی  Plot کلیک کنید . |
دمای محتوا
در پنجره Model Builder ، روی Content Temperature کلیک کنید .
جهانی 2
1 | در نوار ابزار دمای محتوا ، روی  کل کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
8 [درجه سانتیگراد] | tenC | محدودیت دما، کران بالا |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، قرمز را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
8 | در نوار ابزار Content Temperature ، روی  Plot کلیک کنید . |
میانگین حجم 1
1 | در نوار ابزار Results ، روی  More Derived Values کلیک کنید و میانگین>Volume Average را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای میانگین حجم ، قسمت عبارات را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.teta1 | 1 |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
کسر یخ
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Ice Fraction را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، کسر حجمی (1) را تایپ کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، کسر یخ را در صفحات یوتکتیک تایپ کنید . |
نمودار جدول 1
1 | روی Ice Fraction کلیک راست کرده و Table Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست جدول ، جدول 2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Ice Fraction ، روی  Plot کلیک کنید . |
یک گروه نمودار جدید ایجاد کنید که دمای محیط ارائه شده توسط داده های آب و هوایی داخلی را نشان می دهد.
دمای محیط
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دمای محیط را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | در نوار ابزار دمای محیط ، روی  کل کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Ambient data>ampr1.T_amb – Ambient temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ampr1.T_amb | tenC | دمای محیط |
4 | در نوار ابزار دمای محیط ، روی  Plot کلیک کنید . |
