介绍多孔介质流模块

2020年6月11日

许多行业都需要先进的多孔介质建模。多孔介质流模块是COMSOL Multiphysics®软件5.5版的附加组件,它可以让你定量地研究多孔介质中的质量、动量和能量传输。该产品的兴趣领域包括燃料电池过程,纸浆和纸张干燥,食品生产,过滤,以及更多。

模拟多孔介质流动

模拟多孔介质中的质量、动量和能量流在许多工程领域中都很常见,如化学、民用和核工程。多孔介质流模块提供了一套全面的物理界面,帮助工程师和科学家模拟多孔介质中不同类型的物理过程。

采用多孔介质流动模块建立的冻结夹杂物模型。
冻结夹杂物模型使用多孔介质流动模块。

多孔介质流模块允许许多不同行业的工程师,如采矿、生物医药和食品行业,在用户友好的环境中分析和优化他们的过程。多孔介质中的多相传输等应用可以在完全的多物理方法中解决。

通过多孔介质流模块的多物理功能,您可以计算:

  • 多孔介质中的非等温流动
  • 多组分系统的有效性质
  • Poroelasticity
  • 水分和化学物质的输送

让我们更详细地看看这些应用领域……

多孔介质中的多相传输

多孔介质流模块包括可以用来模拟多孔介质中多相流的工具任何数量的运动阶段.您可以指定多孔介质的特性,如相对渗透率和相之间的毛细管压力,以模拟吸芯、水分传输或多孔介质中的其他传输现象。

对纸带内吸芯模型的模拟结果。
一个模型显示用纸条吸着,一种多孔介质。

当干燥的纸条与液体接触时,由于毛细管力,它会将液体吸收。吸收将继续,直到重力平衡毛细管力。在这个例子中,水和空气这两个阶段,通过结合相互作用达西定律多孔介质中的相输运接口。

多孔介质中的非达尔西流动

在一个以前的博文,讨论可用于模拟饱和和变饱和多孔介质流动的物理界面,包括达西定律边缘主义者方程接口。

达西定律适用于孔隙中的低间隙速度,这通常意味着雷诺数低于100。对于更高的速度和雷诺数,动量方程可以增加一个额外的非线性修正。多孔介质流动模块可以模拟非达尔西亚流动,其中速度场相对于压力降是非线性的。

在COMSOL Multiphysics中模拟多孔介质中的非达尔西安流的设置。

用于模拟多孔介质中非达尔西流体的可选模型有Forchheimer、Ergun、Burke-Plummer和Klinkenberg模型达西定律多孔介质中的多相流接口;以及Brinkman方程的Forchheimer和Ergun模型。

多孔介质中传热的局部热平衡和非平衡

在多孔介质中可能会发生传热传导、对流和扩散,它必须考虑到固相和流体相的不同热性能。使用多孔介质流动模块,可以使用两种建模方法来模拟多孔结构中的传热:

  1. 局部热平衡(LTE),即固体基体和流体相的温度处于局部平衡状态
  2. 局部热非平衡(LTNE),其中固体和流体两相的能量方程不同,并且考虑流固界面的传热是很重要的

一种包含相变效应和局部热不平衡的填充床潜热储存单元模型。
一个模型填充床潜热存储装置包括相变效应和局部热不平衡。

多孔介质中的裂缝流动

在多孔介质中建模质量动量和能量传输与化学、土木和核工程师等相关。多孔介质流动模块包括物理界面,以模拟压力、温度和化学物质在多孔基质内部边界上的传输。这种近似为您节省了实际裂缝的网格划分和所需的计算资源。

基于多孔碳材料的陶瓷滤水器模型的仿真结果。
一个模型陶瓷水过滤器与活性炭芯

陶瓷水过滤器通常用于去除饮用水中的化学物质和颗粒。陶瓷芯中的小孔可以去除大颗粒和细菌,活性炭也可以去除重金属和氯。陶瓷芯的裂缝可能会导致饮用水中残留的污染物。

多孔介质中的相变

多孔介质流模块还包括一个定制界面,用于模拟多孔介质中的相变。典型的相变现象包括冰融化成水或者是建筑材料中水蒸气的蒸发和冷凝

下一个步骤

在多孔介质流模块中,通过点击下面的按钮,了解更多关于多孔介质中质量、动量和能量传输建模的专用功能:


评论(8)

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济来自
济来自
2020年6月26日

亲爱的冈萨雷斯博士
我在用纳米流体研究多孔块中的强制对流。我用单流体的方法解决了这个问题,结果与我在实验室做的实验一致。我对用两相流方法来解决这个问题很感兴趣。孔隙度是0.91。你推荐哪个comsol模块。我成功地运用了达西定律,但我的问题需要像达西·布林克曼那样的粘性效应。请通知
致以最亲切的问候

济来自(电子邮件:zsaghir@ryerson.ca

埃德·冈萨雷斯
埃德·冈萨雷斯
2020年6月29日 COMSOL员工

嗨济,
请联系您当地的COMSOL办公室使用//www.dvdachetez.com/contact并描述你的申请,我的一位同事会与你联系讨论细节。
问候
艾德

Yousif默罕默德
Yousif默罕默德
2020年6月29日

感谢伟大的博客,我一直在使用“局部热平衡和非平衡的传热在多孔介质”模块,为我的热能储存项目。

Vikash库马尔
Vikash库马尔
2021年3月15日

嗨冈萨雷斯
在三相流动模型中,方程如何修正。下式适用于两相:空气(s2)和水(s1)。如果我有第三相(s3,比如说甘油)
P0 = - (phtr.pc_s2) * step1 L0 -rho_air * * g_const (s1)

埃德·冈萨雷斯
埃德·冈萨雷斯
2021年3月16日, COMSOL员工

亲爱的Vikash,
借助于多孔介质界面中的相输运,可以模拟多孔介质中的多相流(三相或更多相)。请与我们的支持团队联系//www.dvdachetez.com/support

Vikash库马尔
Vikash库马尔
2021年8月21日

亲爱的冈萨雷斯,我联系了comsol的支持,但他们无法帮助我。如果您能提出一个解决方案,将不胜感激

Vikash库马尔
Vikash库马尔
2021年8月21日

亲爱的Gonzalez: Brooks和Corey模型适用于两个阶段,对于三个阶段没有这样的模型。你能推荐一些型号吗?

Vikash库马尔
Vikash库马尔
2021年9月9日

亲爱的冈萨雷斯
请支持我。我的邮箱号是vikashkumar0603@gmail.com我将不胜感激

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