管道流模块

使用管道流模块模拟管道系统中的传递和声学现象

管道流模块

方向盘注塑模具的冷却过程:非等温管道流模型与模具及聚氨酯部件的固体传热模型进行完全耦合。

利用更少的计算资源考虑所有过程变量

管道流模块用于仿真管道和通道网络中的流体流动、传热与质量传递、水力瞬变和声场。它可以与 COMSOL® 模块套件中的任何其他模块简便地集成,可用于模拟管道网络对更大实体的影响,例如发动机缸体中的冷却管道,或与连接容器的给料和产物通道。这使您可以节省管道网络整体仿真的计算资源,同时仍然使您可以完整地描述管道网络内的过程变量。管道流仿真可以计算沿着管道或通道的速度、压力、材料浓度和温度分布,同时还可以仿真声波传播和水锤效应。

不可压缩流仿真的理想选择工具

管道流模块适合模拟管道和通道中的不可压缩流,并假设管道和通道足够长,流动经过充分发展。在这一假设前提下,使用边单元求解切向截面上沿边方向的平均速度,避免了使用完整三维网格对管道截面进行剖分的需求。这意味着所模拟的变量在管道截面进行了平均,仅会沿着管道的长度方向发生变化。Darcy 摩擦因子的内置表达式涵盖了全部的流型,包括层流与湍流、牛顿与非牛顿流体,不同截面形状或几何,以及各种相对表面粗糙度的值。可以根据在网络中的位置分别设置这些参数,或直接将其与所模拟的变量相关联。

摩擦不是管道网络中的压力损失的唯一原因。管道流模块还会考虑弯管、收缩、膨胀、T接头和阀门的影响,这可以通过丰富的行业标准损耗系数库计算,此外还可以在模型中设置流体驱动泵。与 COMSOL 模块套件中的所有物理接口一样,您可以自由地修正底层方程、添加新的源项或汇项,并可将物理属性设置为任意模型变量的函数。COMSOL Multiphysics® 还允许您导入外部数据或在 MATLAB® 中编写的子程序,来描述某个材料属性或过程。


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供暖系统水池中流体的循环流动。此处对系统中的温度分布和压降进行了模拟。 供暖系统水池中流体的循环流动。此处对系统中的温度分布和压降进行了模拟。
探针管麦克风模型中的管道声学与三维声压场的耦合。 探针管麦克风模型中的管道声学与三维声压场的耦合。
突然关闭阀门之后产生的水锤效应及管道中的压力瞬变。 突然关闭阀门之后产生的水锤效应及管道中的压力瞬变。
地热回收是为房间提供热量的一种节能方法,此方法的集热器位于地下环境中。该模型对花园上层土壤层中不同嵌入方式的导热属性进行了比较。 地热回收是为房间提供热量的一种节能方法,此方法的集热器位于地下环境中。该模型对花园上层土壤层中不同嵌入方式的导热属性进行了比较。
地板采暖和制冷是集中供热供冷的一种形式,能使用传导、辐射和对流进行室内气候控制,从而实现热舒适。与扇式对流散热器或壁挂式散热器相比,这种方法可以为房间提供更均匀的加热效果。此 App 对不同地板材料和尺寸的温度要求和压降(运行成本)以及建造和材料成本(固定成本)之间的平衡进行了模拟。 地板采暖和制冷是集中供热供冷的一种形式,能使用传导、辐射和对流进行室内气候控制,从而实现热舒适。与扇式对流散热器或壁挂式散热器相比,这种方法可以为房间提供更均匀的加热效果。此 App 对不同地板材料和尺寸的温度要求和压降(运行成本)以及建造和材料成本(固定成本)之间的平衡进行了模拟。

耦合管道流与其他物理场应用

管道流模块中的物理场描述管道或通道系统内流体的动量、能量和质量守恒。这些系统可以简便地耦合到其他应用,它们往往无法使用管道流物理场接口描述,需要完整地描述二维或三维物理场。管道流模块可以将数据从边映射到面或体,反之亦然。这意味着,管道网络中的流动或传热可以耦合到三维完全网格剖分的几何模型中,进行同时求解。此外,与 COMSOL 产品库中所有基于物理场的模块一样,这种耦合可以在不同物理场公式之间进行,从而可以简便地求解诸如热应力之类的属性,例如,配备冷却管道的发动机缸体中的热应力。

管道流模块的专业物理接口可用于模拟管道流中传热、传质和化学反应过程。而且管道网还可以嵌入一个三维实体域中。对于传热,模块会计算管道系统中的能量平衡,包括与三维域相互作用的影响,这些影响在管道方程中表示为源或汇。这是通过在图形用户界面 (GUI) 中激活与二维或三维实体材料的相互作用而在底层自动完成的,并且在图形用户界面中还可以设置与周围环境的强制或自然对流、管道材料和管道壁厚度等管道流模块内置的选项。材料传递物理接口还可以求解管道系统内的质量平衡,并且在与管道流的方程耦合时,还会考虑扩散、对流、分散和化学反应等因素。

水锤和管道声学物理场

管道流模块可以考虑流体和壁面的弹性,来模拟由快速水力瞬变所引起的可压缩流。快速关闭阀门时会产生这些效应,其被称为水锤效应。

柔性管道内的声波传播也是设计、规划和构造管道网络的一个影响因素。与声学模块组合时,管道流模块能够同时在频域和时域中进行声学分析。同样,管道流模块的物理场可以无缝地耦合到管道网络内的任何其他物理场,以及管道周围系统中的任何物理场。

管道流仿真可用于多种类型行业

管道流模块适用于仿真所有类型管道系统中的流动、质量传递与传热以及声波传播。这包括化学加工工厂、发电厂、炼油厂的管道系统、管道中的石油和水流动、通风系统,以及发动机和涡轮中的冷却系统。此外,这对于使用 COMSOL Multiphysics 及其专业模块套件进行的其它仿真,它也是一种良好的补充。例如优化涡轮、模具、铸造和换热器中的复杂集成冷却系统,规划建筑中的通风系统,以及设计地热供暖系统。

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管道流模块

产品特征

  • 管道网络中的层流和湍流
  • 不同流体类型、不同横截面形状和不同表面粗糙度的 Darcy 摩擦因子
  • 丰富的行业标准损耗系数库,对应于弯管、收缩、膨胀、T 接头和阀门
  • 泵的引流系数
  • 非等温流,任意类型流体与传热耦合
  • 管道内流体传热以及其与周围环境间的传热,包括通过管壁、固体的传导,以及周围空间中的自然对流和受迫对流
  • 牛顿流体和非牛顿流体
  • 通过扩散、分散、对流和化学反应进行的材料传递
  • 反应流接口直接将材料传递与管道流耦合
  • 管道网络中快速水力瞬变产生的水锤效应
  • 频域或时域管道声学 *

* 需要声学模块。


应用领域

  • 化学过程仿真
  • 管道化学反应
  • 冷却系统
  • 地热系统
  • 热交换器和冷却法兰
  • 管道传热
  • 水力学
  • 润滑
  • 管道中的质量传递
  • 非等温管道流
  • 炼油厂管道系统
  • 管道声学
  • 管道流
  • 化工厂中的管道网络
  • 水管和油管
  • 水锤

仿真实现了新一代的电力变压器和并联电抗器

注塑模具冷却

探针管麦克风

池塘循环系统的地热供暖

管段绝热

水箱排水

换热板中的对流

水锤

管风琴音管设计

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