# pycalphad_demo

**Repository Path**: xran_magic/pycalphad_demo

## Basic Information

- **Project Name**: pycalphad_demo
- **Description**: 相图计算库
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: AGPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-07-10
- **Last Updated**: 2025-07-11

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# ThermoCalc Web - 热力学计算平台

基于pycalphad库的Web版热力学计算应用，支持二元合金相图计算和相平衡分析。

## 功能特点

### 🔬 核心功能
- **二元合金相图计算** - 支持Al-Mg, Al-Zn, Al-Ni, Al-Fe, Nb-Re等合金系统
- **平衡状态计算** - 给定温度和成分条件下的相平衡分析
- **交互式界面** - 现代化Web界面，参数设置简单直观
- **高质量图表** - 基于matplotlib的专业相图可视化

### 🌟 应用优势
- **即开即用** - 无需复杂配置，双击即可启动
- **专业准确** - 基于成熟的pycalphad热力学计算库
- **跨平台** - 支持Windows、Linux、macOS
- **B/S架构** - 支持多用户同时访问
- **智能识别** - 自动扫描TDB文件，无需手动配置
- **动态刷新** - 支持运行时添加新合金系统

## 系统要求

### 软件环境
- **操作系统**: Windows 10/11 (推荐), Linux, macOS
- **Python版本**: Python 3.10.x (必需)
- **浏览器**: Chrome 90+, Firefox 88+, Edge 90+ (现代浏览器)
- **内存**: 最低4GB RAM (推荐8GB以上)
- **存储**: 至少2GB可用空间

### Python依赖包
主要依赖包将自动安装：
- fastapi >= 0.104.0
- numpy >= 1.24.0
- scipy >= 1.11.0  
- matplotlib >= 3.7.0
- symengine >= 0.9.2

## 安装部署

### 1. 获取源码
```bash
# 如果使用git
git clone <repository-url>
cd pycalphad_demo

# 或直接解压下载的源码包
```

### 2. 环境准备
确保已安装Python 3.10：
```bash
python --version
# 应显示: Python 3.10.x
```

### 3. 项目清理（可选）
如果你想让项目更简洁，可以删除大型的pycalphad源码目录：

**Windows**: 双击 `cleanup_project.bat`
**Linux/macOS**: 运行 `bash cleanup_project.sh`

这会删除pycalphad源码目录（约100MB），因为：
- TDB数据库文件已复制到 `backend/data/`
- pycalphad库将通过pip安装

### 4. 快速启动（Windows）

#### 方法一：使用启动脚本（推荐）
1. **启动后端服务**
   - 双击 `start_backend.bat`
   - 脚本会自动创建虚拟环境并安装依赖
   - 等待显示 "Application startup complete"

2. **启动前端服务**
   - 双击 `start_frontend.bat`
   - 前端服务将在端口8080启动

3. **访问应用**
   - 在浏览器中打开: http://127.0.0.1:8080
   - 开始使用热力学计算功能

#### 方法二：手动启动
```cmd
# 1. 创建虚拟环境
python -m venv venv
venv\Scripts\activate

# 2. 安装依赖
pip install -r backend\requirements.txt

# 3. 启动后端
cd backend
python main.py

# 4. 新开命令行窗口，启动前端
cd frontend
python -m http.server 8080
```

### 5. Linux/macOS 启动
```bash
# 1. 创建虚拟环境
python3 -m venv venv
source venv/bin/activate

# 2. 安装依赖
pip install -r backend/requirements.txt

# 3. 启动后端
cd backend
python main.py

# 4. 新开终端，启动前端
cd frontend
python -m http.server 8080
```

## 使用指南

### 界面介绍

#### 主界面布局
- **页头**: 应用标题和描述
- **功能卡片**: 选择计算类型（相图计算/平衡计算）
- **参数面板**: 设置计算参数
- **结果区域**: 显示计算结果和图表

#### 支持的合金系统
1. **Al-Mg (铝镁合金)** - 轻质结构材料
2. **Al-Zn (铝锌合金)** - 高强度合金
3. **Al-Ni (铝镍合金)** - 高温合金材料  
4. **Al-Fe (铝铁合金)** - 工业合金
5. **Nb-Re (铌铼合金)** - 超高温合金

### 相图计算

#### 操作步骤
1. **选择合金系统**
   - 点击"合金系统"下拉框
   - 选择要计算的二元合金系统
   - 系统会自动设置推荐的温度范围

2. **设置温度参数**
   - **最低温度**: 相图计算的起始温度 (K)
   - **最高温度**: 相图计算的结束温度 (K)  
   - **温度步长**: 温度网格的精度 (K)

3. **设置成分参数**
   - **最小成分**: 第二组分的最小摩尔分数 (0-1)
   - **最大成分**: 第二组分的最大摩尔分数 (0-1)
   - **成分步长**: 成分网格的精度

4. **图像设置**
   - **图像宽度/高度**: 生成相图的像素尺寸
   - **包含相平衡线**: 是否在相图上绘制连接线

5. **执行计算**
   - 点击"计算相图"按钮
   - 等待计算完成（通常几秒到几十秒）
   - 查看生成的相图和相信息

#### 参数建议
- **温度步长**: 10K（快速计算）到5K（高精度）
- **成分步长**: 0.02（标准）到0.01（高精度）
- **图像尺寸**: 800x600（标准）到1200x900（高分辨率）

### 平衡计算

#### 操作步骤
1. **选择合金系统**
   - 从下拉框选择合金系统
   - 系统会自动生成成分输入框

2. **设置条件**
   - **温度**: 计算温度点 (K)
   - **压力**: 系统压力 (Pa，通常为标准大气压101325)

3. **设置成分**
   - 输入各组分的摩尔分数
   - 确保各组分之和为1.0
   - 例如：Al-Mg系统中，Al=0.7, Mg=0.3

4. **执行计算**
   - 点击"计算平衡"按钮
   - 等待计算完成
   - 查看平衡相数据和详细信息

#### 结果解读
- **平衡相数**: 该条件下稳定存在的相数量
- **相分数**: 各相在平衡状态下的体积/摩尔分数
- **相成分**: 各相内部的元素成分分布
- **Gibbs自由能**: 系统的热力学稳定性指标

## 实际应用案例

### 案例1：铝镁合金设计
**背景**: 设计轻质结构用Al-Mg合金
```
系统: Al-Mg
温度范围: 300-800K  
成分范围: Mg 0-40%
应用: 分析不同Mg含量下的相变行为
```

### 案例2：高温合金分析
**背景**: 分析Al-Ni高温合金的相稳定性
```
系统: Al-Ni
温度: 1200K
成分: Al 50%, Ni 50%
应用: 确定高温下的平衡相组成
```

### 案例3：热处理优化
**背景**: 优化Al-Zn合金热处理工艺
```
系统: Al-Zn
温度范围: 400-700K
应用: 确定最佳固溶处理温度
```

## 故障排除

### 常见问题

#### 1. 后端服务启动失败
**问题**: 显示"ImportError: No module named 'pycalphad'"
**解决**: 
```cmd
# 重新安装依赖
pip install -r backend\requirements.txt

# 或手动安装核心包
pip install fastapi uvicorn numpy scipy matplotlib
```

#### 2. 前端无法连接后端
**问题**: 显示"无法连接到后端服务"
**解决**:
- 确认后端服务已启动（端口8000）
- 检查防火墙设置
- 确认后端服务日志无错误

#### 3. 计算结果异常
**问题**: 相图显示不完整或计算失败
**解决**:
- 检查参数设置是否合理
- 降低计算精度（增大步长）
- 确认选择的合金系统TDB文件存在

#### 4. 图片显示问题  
**问题**: 相图图片无法显示
**解决**:
- 检查backend/static目录权限
- 确认matplotlib正确安装
- 重启后端服务

### 性能优化

#### 提高计算速度
1. **减小网格密度**
   - 温度步长: 10K → 20K
   - 成分步长: 0.02 → 0.05

2. **降低图像分辨率**
   - 图像尺寸: 800x600 → 600x450

3. **硬件配置**
   - 使用SSD存储
   - 增加内存到8GB以上
   - 使用多核CPU

## 技术架构

### 后端架构
```
backend/
├── main.py                 # API入口和路由
├── models.py              # 数据模型定义
├── thermocalc_service.py  # 核心计算服务
├── data/                  # TDB热力学数据库文件
│   ├── Al-Mg_Zhong.tdb   
│   ├── alzn_mey.tdb
│   ├── NI_AL_DUPIN_2001.TDB
│   └── ...
├── static/                # 动态生成的相图图片
└── requirements.txt       # Python依赖包
```

### 前端架构  
```
HTML5 + CSS3 + JavaScript
├── index.html    # 主页面
├── styles.css    # 样式定义
└── app.js        # 应用逻辑
```

### API接口
- `GET /api/health` - 健康检查
- `GET /api/alloy-systems` - 获取合金系统列表
- `POST /api/phase-diagram` - 计算相图
- `POST /api/equilibrium` - 计算平衡状态
- `GET /api/phase-diagram-image/{filename}` - 获取相图图片

## 开发扩展

### 添加新合金系统（智能识别）

#### 🚀 新功能：自动TDB识别
现在支持智能识别TDB文件，无需手动配置！

**操作步骤**：
1. **复制TDB文件** - 将新的TDB文件复制到 `backend/data/` 目录
2. **刷新系统** - 在Web界面点击"刷新系统"按钮
3. **自动识别** - 系统会自动解析TDB文件并生成配置
4. **即时可用** - 新的合金系统立即出现在选择列表中

**支持的TDB格式**：
- `.tdb` 和 `.TDB` 扩展名
- 标准CALPHAD格式
- 二元、三元及多元合金系统

**自动识别内容**：
- ✅ 合金系统名称（如：Al-Cu、Fe-Cr-Ni）
- ✅ 组成元素列表
- ✅ 可用相列表  
- ✅ 推荐温度范围
- ✅ 主要组分（相图X轴）
- ✅ 中文描述和应用领域

#### 📋 手动配置（高级用户）
如需自定义配置，可在 `thermocalc_service.py` 中手动添加：
```python
"Cu-Zn": {
    "description": "铜锌合金系统",
    "tdb_file": "cuzn.tdb", 
    "components": ["CU", "ZN", "VA"],
    "temperature_range": {"min": 300, "max": 1300},
    "primary_component": "ZN"
}
```

### 自定义计算功能
可以扩展以下功能：
- 三元相图计算
- 温度-时间-转变(TTT)曲线
- 连续冷却转变(CCT)曲线
- 热力学性质计算（焓、熵、热容等）

## 许可协议

本项目基于MIT许可证开源，可自由使用、修改和分发。

## 技术支持

如遇问题，请：
1. 查阅本文档的故障排除部分
2. 检查pycalphad官方文档: https://pycalphad.org/
3. 提交Issue到项目仓库

---

**ThermoCalc Web v1.0** - 让热力学计算更简单高效！