comsol裂縫
關(guān)注創(chuàng)建者：淵魚 創(chuàng)建時間：2022-06-15
comsol裂縫的實(shí)例教程
提供裂縫性油藏離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型COMSOL數(shù)值模擬案例，對比計算了有無加非達(dá)西的計算結(jié)果。通過案例可以掌握基于離散裂縫網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)裂縫井產(chǎn)能等相關(guān)模型的建立，包括氣體單項(xiàng)、油水兩項(xiàng)。具體案例和相關(guān)推導(dǎo)過程附后。
動畫效果1.gif
目前使用comsol實(shí)現(xiàn)水力壓裂的方法主要是相場法與連續(xù)介質(zhì)損傷方法，相場法的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，不過一些學(xué)者已經(jīng)把模型代碼部分開源，幫助我們學(xué)習(xí)。連續(xù)介質(zhì)損傷方法發(fā)展的比較早，其中國產(chǎn)軟件RFPA在這方面做的比較好。目前線彈性損脆性或者軟化模型使用的比較多，對于頁巖、花崗巖水力壓裂一般使用脆性損傷模型。而對于煤這種軟巖，脆性模型有時候并不適用。基于煤破壞峰后軟化行為，軟化損傷模型比脆性模型更適用煤。相場法模型應(yīng)用在彈性模量與強(qiáng)度比較低的巖石壓裂過程中，很容易出現(xiàn)模型不收斂現(xiàn)象。相場法主要用在彈模比較大的且以張拉破壞為主的巖石壓裂過程中，對于軟煤可能存在失效的問題。
RFPA比較適用于脆性巖石的壓裂或者破壞，模擬出來的效果也比較好，但是應(yīng)用在煤的壓裂時，形成的裂縫很寬，并不能很好的反映壓裂效果。我目前借助使用比較多的COMSOL with Matlab平臺，初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場中裂隙煤體中復(fù)雜裂縫擴(kuò)展的模擬。模型中很大的問題，也是收斂問題，主要的參數(shù)與方程來自與公開發(fā)表的文獻(xiàn)。該模型使用的主要方程是線彈性軟化損傷方程與裂隙本構(gòu)方程。水力裂縫與天然裂縫之間的相互作用，是模型的難點(diǎn)。comsol中的裂隙流模塊，可以實(shí)現(xiàn)裂隙中水流動。在5.6之前的版本中，固體力學(xué)模塊中有彈性薄層接口，這個接口可以自定義裂隙的本構(gòu)方程。基于裂隙的本構(gòu)模型，可以獲得裂隙表面的法向應(yīng)力與剪切應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)裂隙的閉合與張開，具體方程可以參考Qinghua Lei在IJRMMS上發(fā)表的論文。使用零厚度的線段或者平面來代替裂隙，煤巖的損傷主要發(fā)生在基質(zhì)中，天然裂隙或其他節(jié)理不會出現(xiàn)損傷。使用矩形或者很薄的長方體表征裂隙，可以設(shè)置裂隙的強(qiáng)度參數(shù)和根據(jù)破壞準(zhǔn)則判斷破壞類型。不過，使用成百上千的矩形或者長方體的話，網(wǎng)格單元數(shù)量比較多，對計算機(jī)配置有較高的要求。
展開 第一次打開COMSOL with MATLAB時，需要輸入用戶名（Username）和密碼（Password）：用戶名自己輸入一個即可，密碼需要輸入兩次（注意：密碼在輸入時不顯示，確保兩次輸入相同）。完成輸入后，命令窗口如下所示。
在MATLAB建立完成模型之后，導(dǎo)入到COMSOL中進(jìn)行求解計算，這時需要連接到COMSOL Server。打開COMSOL主程序，文件–>COMSOL Multiphysics Server–>連接到服務(wù)器–>輸入用戶名和密碼–>單擊確定，完成連接。然后相同操作，從服務(wù)器導(dǎo)入App，即可完成模型的導(dǎo)入。
生成隨機(jī)裂縫：
附件包含隨機(jī)裂隙m文件，歡迎下載學(xué)習(xí)。
展開 在COMSOL中可采用CAD模型導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)隨機(jī)裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內(nèi)生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機(jī)纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實(shí)體。
將長方體基體導(dǎo)出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導(dǎo)入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導(dǎo)入的對象更改為曲線和點(diǎn)，可選擇合并曲線對象。構(gòu)建對象，這樣三維的線就導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)了。
下一步我們將長方體的基體材料也導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，其實(shí)這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導(dǎo)入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導(dǎo)入的對象需要選擇實(shí)體。
到這一步纖維跟基體就全部導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)了。
如果想再COMSOL內(nèi)模擬線性的裂縫，需要將基體進(jìn)行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對象選擇基體，要減去的對象選擇纖維。
構(gòu)建對象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內(nèi)的線狀裂縫。
后面進(jìn)行網(wǎng)格剖分分析等，可根據(jù)自己的要求進(jìn)行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機(jī)纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機(jī)纖維2D插件
展開 提供COMSOL中基于相場方法模擬裂縫多孔介質(zhì)中的滲吸算例，可用于學(xué)習(xí)簡單幾何模型和復(fù)雜幾何模型中的兩相流動模擬，比較采用相場方法守恒和不守恒條件下計算結(jié)果的差異，對比水平集方法和相場方法，具體案例在帖子后面。
comsol裂縫的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
comsol裂縫的最新內(nèi)容
目前使用comsol實(shí)現(xiàn)水力壓裂的方法主要是相場法與連續(xù)介質(zhì)損傷方法，相場法的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，不過一些學(xué)者已經(jīng)把模型代碼部分開源，幫助我們學(xué)習(xí)。連續(xù)介質(zhì)損傷方法發(fā)展的比較早，其中國產(chǎn)軟件RFPA在這方面做的比較好。目前線彈性損脆性或者軟化模型使用的比較多，對于頁巖、花崗巖水力壓裂一般使用脆性損傷模型。而對于煤這種軟巖，脆性模型有時候并不適用。基于煤破壞峰后軟化行為，軟化損傷模型比脆性模型更適用煤。
comsol隨機(jī)幾何模型
在常見的材料中，嚴(yán)格來講均質(zhì)單一性的材料并不常見，更多的是隨機(jī)材料。這就使得在幾何建模時需要考慮材料的隨機(jī)性，這里講介紹幾種常見的隨機(jī)材料模型及在comsol內(nèi)構(gòu)建該模型的方法。
comsol多類隨機(jī)裂隙，帶厚度裂隙：
comsol纖維隨機(jī)分布，復(fù)合材料：
comsol隨機(jī)分布顆粒：
comsol隨機(jī)孔隙：
在COMSOL中可采用CAD模型導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)隨機(jī)裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內(nèi)生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機(jī)纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實(shí)體。
將長方體基體導(dǎo)出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導(dǎo)入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導(dǎo)入的對象更改為曲線和點(diǎn)
16、多孔泡沫幾何模型
17、方法生成不干涉隨機(jī)幾何-標(biāo)準(zhǔn)模型
18、鋼筋纖維1% +顆粒球
19、泡沫結(jié)構(gòu)多物理場分析
20、十四面體
21、用COMSOL進(jìn)行隨機(jī)天然裂縫網(wǎng)絡(luò)滲流模擬
22、四參數(shù)隨機(jī)生長法重構(gòu)二維多孔介質(zhì)裂隙
23、隨機(jī)幾何多孔滲流
24、隨機(jī)生成幾何模型-COMSOL奶酪
25、纖維+六角片片隨機(jī)幾何
第一次打開COMSOL with MATLAB時，需要輸入用戶名（Username）和密碼（Password）：用戶名自己輸入一個即可，密碼需要輸入兩次（注意：密碼在輸入時不顯示，確保兩次輸入相同）。完成輸入后，命令窗口如下所示。
在MATLAB建立完成模型之后，導(dǎo)入到COMSOL中進(jìn)行求解計算，這時需要連接到COMSOL Server。打開COMSOL主程序，文件–>COMSOL Multiphysics
提供裂縫性油藏離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型COMSOL數(shù)值模擬案例，對比計算了有無加非達(dá)西的計算結(jié)果。通過案例可以掌握基于離散裂縫網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)裂縫井產(chǎn)能等相關(guān)模型的建立，包括氣體單項(xiàng)、油水兩項(xiàng)。具體案例和相關(guān)推導(dǎo)過程附后。
動畫效果1.gif
提供COMSOL中基于相場方法模擬裂縫多孔介質(zhì)中的滲吸算例，可用于學(xué)習(xí)簡單幾何模型和復(fù)雜幾何模型中的兩相流動模擬，比較采用相場方法守恒和不守恒條件下計算結(jié)果的差異，對比水平集方法和相場方法，具體案例在帖子后面。
本帖以交流為主，共同學(xué)習(xí)將裂縫中的層流流動和基質(zhì)中的達(dá)西流動耦合計算的案例，具體例子在帖子后面，購買前請先私信，如果做相近方向的可贈送案例，歡迎做相近方向的大佬指導(dǎo)學(xué)習(xí)！
