COMSOL Multiphysics^® 6.4 发布亮点

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本为“化学反应工程模块”的用户带来了多项重要功能扩展，现在反应流仿真支持大涡模拟 (LES)，添加了颗粒聚集与破碎仿真功能，并添加了用于模拟移动床的连续固相消耗与床层补充的新功能。欢迎阅读以下内容，进一步了解这些更新。

基于大涡模拟 (LES) 的反应流分析

反应流 特征现在支持 LES，显著提升了湍流反应系统建模仿真的精度。通过将 LES 与化学、化学物质传递 及流体传热 接口相耦合，可以精确捕捉气体和液体中混合、传热及化学反应的复杂相互作用。该方法综合考虑了反应热、焓扩散和质量通量，并通过基于残差的 LES 建模进一步提升了热量与质量传递的预测精度。结合温度相关的流体和化学属性，该功能可实现浓度分布、反应速率和温度场的高保真模拟。无论是催化反应器研究还是复杂混合过程分析，基于 LES 的反应流模型都能揭示传统湍流模型难以捕捉的关键细节。请注意，使用 LES 功能需要“CFD 模块”。

采用将 LES 与物质传递及传热相耦合的非等温 反应流特征计算的产物浓度分布。反应物通过垂直管道进入系统，与从左侧矩形导管进入的另一流体发生反应。

颗粒聚集与破碎

从制药生产到先进材料加工，精确模拟颗粒生长、形貌变化及破碎过程，对优化工艺流程至关重要。新增的颗粒聚集与破碎功能可真实模拟结晶、沉淀和造粒过程中动态变化的粒径分布。此功能在沉淀和结晶 接口中实现，通过联立求解 Smoluchowski 凝聚方程与破碎方程，能够精确描述颗粒动力学行为。

基于湍流诱导纳米颗粒聚集模型计算得到的颗粒浓度随时间的演变情况，还可以进一步预测最终生成的粒径分布。

移动床反应器功能

全新的移动床反应器功能支持对固相被持续消耗和补充的多相反应器进行建模仿真，可用于深入研究床层移动对反应器性能具有重要影响的过程，例如，催化裂化、气–固反应以及生物质转化。此特征能够在连续运行过程中考虑固相的动力学行为，是分析工业规模工艺中效率、选择性及运行条件的强大工具。

周期性条件

达西定律 和理查兹方程 接口中新增了周期性条件 特征，便于用户轻松地对两个或多个边界之间的流动施加周期性约束。此外，用户还可以通过直接指定压力突变或指定质量流的方式，在源边界与目标边界之间建立压差。这些周期性条件通常用于模拟代表性体积单元，并计算用于均质多孔介质的有效属性。

本例使用新的 周期性条件特征计算由周期性排列球体构成的多孔介质的渗透率。

自由和多孔介质流动耦合的“压力突变”选项

自由和多孔介质流动耦合 新增了一个用于包含自由–多孔边界处压力突变的选项，可用于模拟多种场景，例如，由多孔间隔材料支撑的半透膜处的渗透压，或多相流中由毛细压力引起的压力突变。

本例使用 自由和多孔介质流动耦合中新增的 包含自由–多孔边界上的压力突变复选框模拟海水淡化装置中半透薄膜的渗透压。

新增和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本为“化学反应工程模块”带来了多个新的和更新的教学案例。

搅拌反应釜中的抗体–药物偶联物生产

模拟配备四叶片搅拌器的釜式反应器中的湍流反应流。通过偶联抗体浓度的等值面与等值线图，可清晰掌握混合效率和反应性能的关键信息。

“案例库”标题：
stirred_tank_adc_production
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在切削工具刀片上进行 TiN 化学气相沉积

切削刀片上 TiN 化学气相沉积 (CVD) 过程中的速度场（白色箭头）、沉积厚度及 TiCl₄ 浓度归一化分布，该工艺可提高耐磨性并延长刀具寿命。

“案例库”标题：
tin_cvd_reactor
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纳米颗粒的湍流聚集

基于湍流诱导纳米颗粒聚集模型，计算四种粒径范围的颗粒在 10 秒后的浓度分布。结果清晰呈现了颗粒群在湍流条件下随时间的演变过程。

“案例库”标题：
turbulent_aggregation
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金属氢化物储氢罐的充氢过程

金属氢化物储氢罐的充氢过程中的氢-金属比（体图）以及带有氢分压的流场（流线图），该模型在计算流场、浓度场和温度场时考虑了吸收动力学和热力学效应。

“案例库”标题：
metal_hydride_tank
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水–丙酮液滴的对流蒸发

大理石基底上水–丙酮液滴的蒸发模型。绘图显示了丙酮质量分数、基底温度以及按丙酮分压着色的流场流线。

“案例库”标题：
droplet_evaporation_water_acetone
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反渗透海水淡化

反渗透装置中膜表面的浓度分布。本模型描述了由螺旋缠绕半透膜构成的反渗透海水淡化装置，水在高压驱动下穿透膜层，膜层可截留盐分，在渗透侧产生淡水，并在浓缩侧得到高盐度盐水。

“案例库”标题：
reverse_osmosis_desalination
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