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Phasenübergang

Mit dem Phasenübergang von einem Aggregatzustand in einen anderen ist die Aufnahme oder Freisetzung einer stoff- und zustandsabhängigen Energiemenge verbunden, die Entropie des Stoffes ändert sich entsprechend. Für reine Stoffe findet der Phasenübergang bei einer bestimmten Temperatur statt, bei Legierungen oder Stoffgemischen erfolgt die Umwandlung häufig in einem Temperaturbereich. Die erforderliche Energiemenge zum Überschreiten dieser Temperaturgrenze ist deutlich grösser als diejenige, die für die Erwärmung desselben Stoffes um die gleiche Temperaturdifferenz ohne die gleichzeitige Phasenänderung notwendig ist.

Wird diese für die Änderung des Aggregatszustandes notwendige Energie nicht anderweitig in den Stoff eingebracht, muss sie den benachbarten Bauteilen bzw. dem angrenzenden Fluid entzogen oder zugeführt werden.


Rechenzeit / Modellgrösse

Für die Simulation von Temperaturfeldern bedeutet dies eine rasche Änderung der Systemgleichungen. Die Wärmeleitfähigkeit beim Phasenübergang kann im entsprechenden Temperatur- und Zeitbereich gut um zwei bis drei Zehnerpotenzen ansteigen. Diese starke Nichtlinearität führt zu einem deutlich erhöhten numerischen Aufwand und erfordert gegebenenfalls eine Berücksichtigung bei der Modellgrösse.


Bedeutung

In vielen technischen Anwendungen wird der Phasenübergang bewusst zur Erhöhung der Wärmestromdichten ausgenutzt, z.B. bei der Kühlung von Kernkraftwerken und Verbrennungsmotoren oder beim Härten und Abschrecken im Öl- oder Wasserbad. Wenn der Effekt vorhanden ist, muss er aufgrund seiner Signifikanz auf jeden Fall berücksichtigt werden.

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