煤層瓦斯運移主要涉及到基質中瓦斯解吸、擴散、裂隙中瓦斯?jié)B流，涉及到的物理場為煤層變形方程、多孔介質擴散滲流方程、煤層溫度方程、甲烷氧化方程等。這些方程在COMSOL中，均有對應的物理場接口，用COMSOL研究煤層中瓦斯運移或者研究實驗室中煤柱、煤粒中甲烷運移都是很方便的。接下來幾個帖子，我會按照建模的順序以此介紹主要設置，方便大家更好地了解COMSOL的基本使用，以期在科研學習上幫助大家。COMSOL是一款多物理場求解軟件，能講多個物理場進行耦合計算，其界面十分友好。由于其功能復雜性，本次系列教程只針對早煤層瓦斯運移中常用的設置做出一些介紹，本次教程以COMSOL5.6版本為例。

首先，打開COMSOL5.6，需要新建立一個模型。可以選擇模型向導或者空模型，以模型向導為例。選擇模型向導，進入選擇空間維度，根據(jù)自己的模型需要選擇三維、二維、一維等。在二維模型和一維模型中，還可以選擇對稱，可以只對對稱的一半進行建模，這樣可以減少計算內存和運行時間。進入物理場選擇環(huán)節(jié)，根據(jù)需要的物理場方程選擇對應的物理場接口。比如，研究瓦斯在煤層中的滲流情況，可以選擇地下水流達西定律接口，還可選擇裂隙流、brinkman方程等。物理場選擇完成后，進入研究選項。一般選擇瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)研究，按照字面意思理解，瞬態(tài)即場變量隨時間變化情況，穩(wěn)態(tài)即場變量不隨時間變化。對于瓦斯流動，一般選擇瞬態(tài)研究。

圖1 COMSOL選項介紹

圖2  COMSOL界面介紹

圖3 菜單欄

以上環(huán)節(jié)選擇完畢后，進入到COMSOL的主界面，如圖2。COMSOL截面主要分為4大區(qū)域：菜單欄、功能區(qū)、設置、圖形處理。首先從菜單欄介紹，菜單欄分為主屏幕、定義、幾何、草圖、材料、物理場、網格、研究、結果等，可以查看不同子菜單對應的功能。如主屏幕，可以查看組件、新建參數(shù)變量、添加材料等。打開相應的菜單，便會在功能區(qū)以及界面右邊出現(xiàn)相應的選項。如，添加物理場，變化在界面右邊出現(xiàn)物理場選項。可以按照菜單欄順序依次查看，相應的功能。在定義菜單中，可以定義一些函數(shù)和變量，如可構建解析函數(shù)、差值函數(shù)、分段函數(shù)等。在幾何菜單中，可以自己構建幾何模型，如構建正方形、長方形、圓等，也可從外部導入幾何模型。在草圖菜單中，可在圖像處理區(qū)繪制相應形狀。在材料菜單中，可調用COMSOL內置的材料屬性，也可在參數(shù)中定義材料屬性。在物理場菜單中，可選擇添加物理場和多物理場。在網格菜單，可對幾何模型進行網格劃分，可選擇自由三角形與自由四邊形等。在結果菜單欄中，可以求解結果進行后處理。

圖4 功能區(qū)

圖5 參數(shù)設置

在模型開發(fā)器功能區(qū)，可進行和菜單欄同樣的功能設置。按著功能區(qū)順序，依次介紹相關功能。全局定義中，可進行全局參數(shù)、材料的定義。右擊全局定義，會出現(xiàn)和菜單欄中相同的選項，添加參數(shù)、變量、函數(shù)等。此處是從全局出發(fā)，添加選項。全局指的是在所有區(qū)域、物理場中，該參數(shù)變量均是適應的。與之對應的是局部，在某一組件下添加的局部變量參數(shù)，這些只在對應的組件中才會適用。

全局參數(shù)設置，在設置中分為4列，分別為名稱、表達式、值、描述，如圖5。在名稱中，輸入符合COMOSL語法規(guī)則的名稱，可輸入英文、下標，盡量輸入?yún)^(qū)分辨識的名稱在后面變量只方便調用。在名稱行輸入表達式，輸入“數(shù)字[單位]”的形式，在值中COMSOL會轉換成國際單位。還可在描述中，輸入可辨識的記號，如中文描述名稱。圖5中，以輸入孔隙率參數(shù)為例介紹。在名稱中輸入“poro_por0”,在表達式中輸入0.04，在描述中輸入“初始孔隙率”。對于復雜的物理場，可能要輸入多組參數(shù)，參數(shù)名稱最好使用特定的符號。

未完待續(xù)，敬請期待