多孔介质流模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本为“多孔介质流模块”的用户引入了新的多层达西定律 接口、用于为多孔介质中的热湿传递建模的新接口和特征,以及针对现有稀物质传递多孔介质传热 接口的改进特征。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

“多孔弹性,多层壳”多物理场接口

新增的多孔弹性,多层壳 多物理场接口支持模拟每层具有不同材料属性的多层域(纸板、复合材料等),其中添加了多层壳 和新的多层达西定律 接口,以及新的分层多孔弹性 多物理场节点。

在上述多物理场接口中使用的新的多层达西定律 接口可以模拟流体流过分层多孔介质(如纸板、复合材料或胶合板)间隙的流动,这通常是渗透率和孔隙率非常小,且压力梯度是主要驱动力的低速流动和多孔介质流动。

新的多层达西定律接口

新的多层达西定律 接口可用于模拟流体流过分层多孔介质(如纸板、复合材料或胶合板)间隙的流动,这通常是渗透率和孔隙率非常小,且压力梯度是主要驱动力的低速流动和多孔介质流动。

此外,通过新的多孔弹性,多层壳 多物理场接口,您可以对每层具有不同材料属性的多层域(纸板、复合材料等)进行建模,其中添加了多层壳 和新的多层达西定律 接口,以及新的分层多孔弹性 多物理场节点。多层壳 接口需要“复合材料模块”。

COMSOL Multiphysics 5.6 版用户界面,显示“模型开发器”,其中突出显示了“多层达西定律”接口,还显示了相应“设置”窗口,右侧显示多孔薄层中的压力分布结果。 演示多层达西定律接口 多层达西定律接口模拟的多孔薄层中的压力分布。

新的多孔介质特征

此版本新增的多孔介质处理特征可用于定义不同的相:固体、流体和静止流体。在多孔介质传热 接口中,多孔介质 特征用于管理材料结构,并为每个相(流体多孔基体 和(可选的)静止流体 )提供专门的子特征。这个新的工作流程不仅更加清晰,可以改善用户体验;还以更自然的方式促进多孔介质的多物理场耦合。通过与水分输送多孔介质流动 接口结合使用,多孔介质传热的功能改进支持对多孔介质中的非等温流动和潜热储存进行建模。

以下模型使用了这一新设置:

多孔介质中的热湿传递

此版本新增了接口和特征,用于模拟充满湿空气和液态水的多孔介质中耦合的热湿传递。默认情况下,新的多孔介质中的水分输送 接口提供吸湿性多孔介质 特征,可用于通过蒸汽对流和扩散以及液态水对流和毛细管流动来模拟多孔介质中的水分输送。新接口通过对液体毛细管通量进行建模并添加对重力的支持,可分析由于总压变化引起的液相和气相对流问题。它可以与湿空气 特征结合使用,模拟湿空气流对多孔介质的影响。

传热 接口中,新的含湿多孔介质 域特征分别定义了固体、液态水和湿空气的有效材料属性。湿空气 子节点通过分析湿度来定义材料属性,并计算湿空气中的对流通量和扩散焓通量。液态水 子节点定义液态水饱和度和速度场,可通过热湿 多物理场耦合(如果可用)自动设置。固体属性由多孔基体 子节点处理。这些新功能可用于干燥和蒸发冷却应用。

样例显示为二维矩形,其中流线以彩虹颜色表形式将气流和蒸汽浓度可视化。 潮湿的样品暴露于干燥、温暖的气流中 暴露于干燥、温暖气流中的潮湿样品中的蒸汽浓度和总通量流线。在 COMSOL Multiphysics® 5.6 版本中,多孔介质中的热湿传递新特征简化了模型设置。

稀物质传递的多孔介质特征得到改进

新版本对多孔介质中的稀物质传递 接口进行了改进,以使用新的多孔介质 节点。多孔介质中的稀物质传递 接口中添加了两个新的域特征:多孔介质非饱和多孔介质 节点。您可以使用新的多孔介质 节点为多孔介质中的多个相指派材料属性。新节点具有专门的选项来定义液体、气体和多孔基体的属性。您可以在活性炭芯陶瓷滤水器教学案例中看到此功能的应用演示。

COMSOL Multiphysics 5.6 版用户界面的特写视图,显示了“多孔介质中的稀物质传递”设置,“图形”窗口中显示陶瓷滤水器滤棒模型。 演示更新的多孔介质特征 陶瓷滤水器滤棒中的污染物浓度。

在流体传热中自动检测理想气体材料

各种传热接口中提供的流体 特征已更新,用户可以利用理想气体假设来提高计算效率。流体类型 列表中新增的来自材料 选项可以自动检测每个域选择应用的材料是否为理想气体,并针对每种情况使用相关属性。例如,在计算可压缩非等温流动中的压力功时,这可以加快计算速度。由于 COMSOL Multiphysics® 和“材料库”中提供的气体被模拟为理想气体,许多包含可压缩非等温流动的模型将受益于这一改进。

LED 灯泡模型,使用热像仪颜色表以深蓝色到白色的颜色渐变显示灯泡周围的速度和灯泡内的温度。 使用自动检测理想气体公式的 LED 灯泡模型 LED 灯泡中的温度分布(表面图)和速度(箭头和流线)。在 COMSOL Multiphysics® 5.6 版本中,通过自动使用理想气体公式,计算时间缩短了 10%。

相变界面边界条件

新的相变界面 边界条件与变形几何特征相结合,定义了对应于两个不同相的两个域之间的界面。此边界条件基于 Stefan 条件;它设置相变温度,根据相变潜热定义前沿速度,并指定固体侧和热通量突变计算。此边界条件将相变模拟为尖锐的界面,可用于多种应用,包括纯金属熔化,如锡熔化前沿模型,或者凝固或升华,如冷冻干燥模型。

冷冻干燥的仿真结果,在热像仪颜色表中,固体和蒸汽显示在左侧,温度和总热通量显示在右侧。 冷冻干燥模型 气相和固相(左)以及相变界面、温度和总热通量流线(右)。

新的教学模型和 App

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本的“多孔介质流模块”引入了多个新教学案例。

在微观尺度上分析多孔结构

一个灰色多孔结构模型,其中用浅绿色和深紫色流线表示流动。 多孔结构模型 复杂多孔结构中的流动。

“案例库”标题:
pore_scale_flow_3D

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多孔微通道散热器的优化

灰色微通道散热器的模型,其温度以开尔文表示,使用红色到白色的颜色渐变和深蓝色到白色的箭头表示通过散热器的流场。 多孔微通道散热器模型 优化的多孔微通道散热器的温度分布和流场。

“案例库”标题:
porous_microchannel_heat_sink_optimization

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