ansys多孔介質(zhì)模型
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys多孔介質(zhì)模型的視頻教程
多孔介質(zhì)非熱平衡模型換熱問題的探究
主題：多孔介質(zhì)非熱平衡模型換熱問題的探究 問題所在：在使用fluent內(nèi)置多孔介質(zhì)非熱平衡模型時(shí)，多孔介質(zhì)域與殼體間涉及的面無耦合設(shè)置，即熱量無法傳遞到殼體。同樣，當(dāng)外界存在換熱時(shí)也無法對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部流體域及多孔介質(zhì)域溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響。
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基于DPM與多孔跳躍介質(zhì)模型的濾網(wǎng)過濾效果分析
1. fluent DPM沖蝕模型仿真基本通用流程 2. 沖蝕模型介紹，多孔跳躍介質(zhì)模型介紹，參數(shù)介紹 3. 管道幾何前處理，無厚度壁面處理方法與meshing網(wǎng)格劃分 4. fluent后處理過程 5. 提供源文件與答疑過程
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Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課（二）多孔介質(zhì)
此頁面為《Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課》中的第二個(gè)案例——多孔介質(zhì) 一、講師介紹：隨波逐流 技術(shù)鄰知名講師，技術(shù)鄰用戶購課累計(jì)1000+人次！好評(píng)無數(shù)！
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ansys多孔介質(zhì)模型的實(shí)例教程
多孔介質(zhì)是指內(nèi)部含有眾多空隙的固體材料，如土壤、煤炭、木材、過濾器、催化床等。若采用詳細(xì)的模型結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格劃分處理，則會(huì)因?yàn)檫^多的網(wǎng)格數(shù)目而使計(jì)算量非常大，不能滿足工程上的實(shí)際需求，而多孔介質(zhì)模型實(shí)質(zhì)上是將多孔介質(zhì)區(qū)域結(jié)合了以經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為主的流動(dòng)阻力，即動(dòng)量源項(xiàng)。
圖1 多孔介質(zhì)模型的應(yīng)用
ANSYS Fluent中可將所需區(qū)域設(shè)定為多孔介質(zhì)模型（見圖2），在cell zone conditions中勾選porous zone（通常認(rèn)為在多孔介質(zhì)模型內(nèi)由于阻力原因，流動(dòng)狀況為層流，故而同時(shí)勾選laminar zone）。在其界面中，可設(shè)置方向、粘性阻力系數(shù)、慣性阻力系數(shù)以及孔隙率等參數(shù)。其中粘性阻力系數(shù)及慣性阻力系數(shù)可通過多種方式確定其具體數(shù)值，如試驗(yàn)法（風(fēng)速及壓降的曲線擬合）、Ergun方程法、經(jīng)驗(yàn)方程法等等。
圖2 ANSYS Fluent中多孔介質(zhì)模型的設(shè)置界面
通過一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真案例進(jìn)行描述：一個(gè)用于汽車尾氣凈化的催化劑裝置，其中類似蜂窩結(jié)構(gòu)的區(qū)域可認(rèn)為是多孔區(qū)域模型（見圖3）。在ANSYS Fluent中設(shè)置求解器、材料、多孔區(qū)域、邊界條件等，初始化后進(jìn)行仿真計(jì)算（多孔介質(zhì)問題的初始化應(yīng)采用standard initialization，見圖4）。
展開 <p><strong style="background-color: rgb(0, 255, 0);">1 概念介紹</strong></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質(zhì)就是固體物質(zhì)內(nèi)部和表面有許多孔隙，如海綿等，由固體物質(zhì)組成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所構(gòu)成的物質(zhì)。多孔介質(zhì)內(nèi)的流體以滲流方式運(yùn)動(dòng)。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> </span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyibC1zkzEHg1l7NRBsiar1Xc3KfzYhibydudVVeEy0Jt8ciaM4ribCD2PMVCa2Y2PDGrejyX4cjcdTc7iaA/640?wx_fmt=jpeg" width="531" style=""></p><p><br></p><p>Fluent自帶多孔介質(zhì)模型，對(duì)于多孔介質(zhì)的模擬，不考慮流體在多孔介質(zhì)內(nèi)部的流動(dòng)，只考慮多孔介質(zhì)對(duì)于流動(dòng)阻力及能量方程產(chǎn)生的影響。
展開 由于儲(chǔ)存條件、設(shè)施簡(jiǎn)陋且缺乏技術(shù)指導(dǎo)，農(nóng)戶儲(chǔ)糧損傷比例約8%左右，本案例建立了一糧倉模型，糧倉內(nèi)的小麥采用多孔介質(zhì)模型描述，基于熱-流耦合多物理場(chǎng)理論模型，對(duì)糧倉內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了仿真模擬，有助于揭示糧堆內(nèi)部的耦合傳熱機(jī)理，提高儲(chǔ)糧技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)糧，本案例的仿真結(jié)所示：
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現(xiàn)實(shí)生活中常會(huì)碰到多孔介質(zhì)的問題，如水處理中常會(huì)碰到的篩網(wǎng)、過濾器，環(huán)境工程中的土壤等，此類問題的特點(diǎn)在于幾何孔隙非常多，建立真實(shí)幾何非常麻煩。在流體計(jì)算中通常對(duì)此類問題進(jìn)行簡(jiǎn)化，將多孔區(qū)域簡(jiǎn)化為增加了阻力源的流體區(qū)域，從而省去建立多孔幾何的麻煩。簡(jiǎn)化方式一般為在多孔區(qū)域提供一個(gè)與速度相關(guān)的動(dòng)量匯，其表達(dá)形式為：
式中，Si為第i(x,y,z)方向的動(dòng)量方程源項(xiàng)；為速度值；D與C為指定的矩陣。式中右側(cè)第一項(xiàng)為粘性損失項(xiàng)，第二項(xiàng)為慣性損失項(xiàng)。
對(duì)于均勻多孔介質(zhì)，則可改寫為：
式中，α為滲透率；C2為慣性阻力系數(shù)。此時(shí)矩陣D為1/α。動(dòng)量匯作用于流體產(chǎn)生壓力梯度，
，即有
，而Δn為多孔介質(zhì)域的厚度。
本案例演示利用FLUENT模擬計(jì)算多孔介質(zhì)流動(dòng)問題。如圖所示。
流體介質(zhì)為空氣，其密度1.225kg/m3，動(dòng)力粘度1.7854E-5Pa.s，實(shí)驗(yàn)測(cè)定氣體通過多孔介質(zhì)區(qū)域后的速度與壓力降如表所示。
將表中的數(shù)據(jù)擬合為
的形式。
數(shù)據(jù)擬合后的函數(shù)表達(dá)式為：
因此，
而密度ρ=1.225kg/m3，Δn=0.1m，可得到慣性阻力系數(shù)C2=4.439。而
動(dòng)力粘度μ=1.7854e-5，換算得粘性阻力系數(shù)：
Step 1：?jiǎn)?dòng)FLUENT
啟動(dòng)FLUENT，并加載網(wǎng)格。
以3D模式啟動(dòng)FLUENT
選擇菜單【File】>【Read】>【Mesh…】，選擇網(wǎng)格文件EX2-3.msh
軟件導(dǎo)入計(jì)算網(wǎng)格并顯示在圖形窗口中。Step 2：檢查網(wǎng)格
包括計(jì)算域尺寸檢查及負(fù)體積檢查。
選擇模型樹節(jié)點(diǎn)General
鼠標(biāo)點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置面板中的Scale…按鈕
如圖所示，查看Domain Extents下的計(jì)算域尺寸，確保計(jì)算域模型尺寸與實(shí)際要求一致，否則需要對(duì)計(jì)算域進(jìn)行縮放。
展開 裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質(zhì)注入流體引起天然裂隙，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷的數(shù)值模擬，內(nèi)含MATLAB 網(wǎng)裂縫函數(shù)及comsol模型。
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水驅(qū)油是一種在石油開采中常用的提高原油采收率的技術(shù)，其原理是通過向油藏中注入水，利用水的壓力將原油從地下巖石的孔隙中推向生產(chǎn)井，從而實(shí)現(xiàn)原油的開采。本COMSOL案例介紹在重力作用下多孔介質(zhì)中的水油兩相流模型。
多孔介質(zhì)采用AbyssFish單連通周期性邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件生成，軟件可設(shè)置孔隙率、孔喉尺寸、顆粒尺寸等信息，以生成多種多孔介質(zhì)模型，適應(yīng)不同的工程地質(zhì)條件
三維多孔結(jié)構(gòu)廣泛存在于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、土木工程等領(lǐng)域，如泡沫金屬、骨組織、過濾介質(zhì)等，通過ANSYS Workbench對(duì)三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，是對(duì)其進(jìn)行性能分析的有效手段。
在ANSYS內(nèi)建立多孔結(jié)構(gòu)模型可采用CAD隨機(jī)球體插件專業(yè)版參數(shù)化建立模型后再將模型導(dǎo)入到Workbench內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機(jī)圓形多孔結(jié)構(gòu)模型可采用CAD隨機(jī)圓形骨料插件建模后將模型導(dǎo)入。
在插件內(nèi)設(shè)置好模型參數(shù)后運(yùn)行，插件會(huì)自動(dòng)完成CAD多孔結(jié)構(gòu)模型的建立，將模型生成面域并導(dǎo)出為IGES格式文件。
在ANSYS Workbench內(nèi)選擇幾何結(jié)構(gòu)
中國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，儲(chǔ)糧安全事關(guān)國(guó)計(jì)民生，至關(guān)重要。由于儲(chǔ)存條件、設(shè)施簡(jiǎn)陋且缺乏技術(shù)指導(dǎo)，農(nóng)戶儲(chǔ)糧損傷比例約8%左右，本案例建立了一糧倉模型，糧倉內(nèi)的小麥采用多孔介質(zhì)模型描述，基于熱-流耦合多物理場(chǎng)理論模型，對(duì)糧倉內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了仿真模擬，有助于揭示糧堆內(nèi)部的耦合傳熱機(jī)理，提高儲(chǔ)糧技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)糧，本案例的仿真結(jié)所示：
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<p><strong>1.概念介紹</strong></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">許多工業(yè)應(yīng)用，如過濾器、催化劑床和填料，都涉及到模擬通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)。本案例為氣體通過催化轉(zhuǎn)換器的流動(dòng)。催化轉(zhuǎn)換器通常用于凈化汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的廢氣，將有害環(huán)境的廢氣轉(zhuǎn)化為可接受的物質(zhì)。 </span></p><p><br
<p><strong style="background-color: rgb(0, 255, 0);">1 概念介紹</strong></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質(zhì)就是固體物質(zhì)內(nèi)部和表面有許多孔隙，如海綿等，由固體物質(zhì)組成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所構(gòu)成的物質(zhì)。多孔介質(zhì)內(nèi)的流體以滲流方式運(yùn)動(dòng)
孔隙結(jié)構(gòu)
在comsol內(nèi)生成球體或立方體結(jié)構(gòu)的多孔材料結(jié)構(gòu)：
comsol泡沫結(jié)構(gòu)，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機(jī)分布，生成符合規(guī)定比例的隨機(jī)孔洞。模型采用CAD隨機(jī)孔隙3D插件生成，然后將多孔結(jié)構(gòu)3D模型導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
首先獲取一張多孔介質(zhì)圖片，這里就以COMSOL官網(wǎng)教程圖片為例了。
通過軟件將png格式的圖片轉(zhuǎn)換為DXF格式文件，也就是AutoCAD支持的文件：
下一步打開COMSOL軟件建立二維模型，導(dǎo)入事先準(zhǔn)備好的dxf模型，需要注意導(dǎo)入選項(xiàng)選擇【不接合】
然后通過轉(zhuǎn)換為實(shí)體命令將圖形的外側(cè)輪廓及內(nèi)部孔隙分兩步轉(zhuǎn)換為實(shí)體，這里在選擇內(nèi)部孔隙時(shí)可采用全選的方式更快速的選擇。
首先通過CAD Voronoi插件建立孔隙的幾何模型，該插件是基于蒙特卡洛隨機(jī)生成算法，進(jìn)行隨機(jī)布置控制點(diǎn)，同時(shí)具有控制區(qū)塊尺寸的功能。在CAD中生成相應(yīng)圖形的面域，并將生成的孔隙導(dǎo)出為.sat文件備用。
打開ANSYS Workbench，導(dǎo)入事先生成的.sat文件，并進(jìn)行添加矩形，刪掉導(dǎo)入的卵石形實(shí)現(xiàn)二維多孔模型的構(gòu)建：
進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作：
