ansys多孔介質(zhì)模型的案例
干貨 | ANSYS Fluent多孔介質(zhì)模型簡介
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，則會因為過多的網(wǎng)格數(shù)目而使計算量非常大，不能滿足工程上的實際需求，而多孔介質(zhì)模型實質(zhì)上是將多孔介質(zhì)區(qū)域結(jié)合了以經(jīng)驗假設(shè)為主的流動阻力，即動量源項。
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，流動狀況為層流，故而同時勾選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，如試驗法（風(fēng)速及壓降的曲線擬合）、Ergun方程法、經(jīng)驗方程法等等。
圖2 ANSYS Fluent中多孔介質(zhì)模型的設(shè)置界面
通過一個簡單的仿真案例進行描述：一個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，初始化后進行仿真計算（多孔介質(zhì)問題的初始化應(yīng)采用standard initialization，見圖4）。
展開 comsol模型-裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型（lei qinghua) ￥360
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。
二十、多孔介質(zhì)模型案例
<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動。</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，只考慮多孔介質(zhì)對于流動阻力及能量方程產(chǎn)生的影響。
展開 糧倉內(nèi)的多孔介質(zhì)通風(fēng)模型 ￥500
由于儲存條件、設(shè)施簡陋且缺乏技術(shù)指導(dǎo)，農(nóng)戶儲糧損傷比例約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-流耦合多物理場理論模型，對糧倉內(nèi)的溫度場和流場進行了仿真模擬，有助于揭示糧堆內(nèi)部的耦合傳熱機理，提高儲糧技術(shù)，實現(xiàn)安全儲糧，本案例的仿真結(jié)所示：
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
Fluent中多孔介質(zhì)模型介紹
現(xiàn)實生活中常會碰到多孔介質(zhì)的問題，如水處理中常會碰到的篩網(wǎng)、過濾器，環(huán)境工程中的土壤等，此類問題的特點在于幾何孔隙非常多，建立真實幾何非常麻煩。在流體計算中通常對此類問題進行簡化，將多孔區(qū)域簡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。簡化方式一般為在多孔區(qū)域提供一個與速度相關(guān)的動量匯，其表達形式為：
式中，Si為第i(x,y,z)方向的動量方程源項；為速度值；D與C為指定的矩陣。式中右側(cè)第一項為粘性損失項，第二項為慣性損失項。
對于均勻多孔介質(zhì)，則可改寫為：
式中，α為滲透率；C2為慣性阻力系數(shù)。此時矩陣D為1/α。動量匯作用于流體產(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模擬計算多孔介質(zhì)流動問題。如圖所示。
流體介質(zhì)為空氣，其密度1.225kg/m3，動力粘度1.7854E-5Pa.s，實驗測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
動力粘度μ=1.7854e-5，換算得粘性阻力系數(shù)：
Step 1：啟動FLUENT
啟動FLUENT，并加載網(wǎng)格。
以3D模式啟動FLUENT
選擇菜單【File】>【Read】>【Mesh…】，選擇網(wǎng)格文件EX2-3.msh
軟件導(dǎo)入計算網(wǎng)格并顯示在圖形窗口中。Step 2：檢查網(wǎng)格
包括計算域尺寸檢查及負(fù)體積檢查。
選擇模型樹節(jié)點General
鼠標(biāo)點擊右側(cè)設(shè)置面板中的Scale…按鈕
如圖所示，查看Domain Extents下的計算域尺寸，確保計算域模型尺寸與實際要求一致，否則需要對計算域進行縮放。
展開 Comsol-裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型 ￥650
針對裂隙多孔介質(zhì)流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型，實現(xiàn)如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應(yīng)力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴展以及壓后滲透率改變等。
部分結(jié)果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開 基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬 ￥300
建立了固液氣三相耦合數(shù)學(xué)模型。其中對吸液芯液體流動區(qū)域采用了多孔介質(zhì)模型，該模型考慮了液體流動對熱管傳熱性能的影響。利 用ＰＨＯＥＮＩＣＳ３．６對數(shù)學(xué)模型進行數(shù)值計算，得到了熱管內(nèi)的穩(wěn)態(tài)工作參數(shù)。分析模擬結(jié)果得到了鉀熱管內(nèi)部各相工質(zhì)傳熱、傳質(zhì)機理，并與試驗數(shù)據(jù)進行了比較。結(jié)果表明，模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)符合較好。
【文獻講解】基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬
基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬_韓冶(2).pdf
本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費內(nèi)容部分，凡購買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型（聯(lián)系我方可獲?。┘跋嚓P(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 COMSOL多孔介質(zhì)兩相流水驅(qū)油模型
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。
采用CAD圖像導(dǎo)入插件，將生成的多孔介質(zhì)模型導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，并保存為.dxf文件。
在COMSOL內(nèi)選擇流體流動-兩相流-相場-層流，并添加包含相初始化的瞬態(tài)研究。
在幾何下選擇導(dǎo)入，將保存的多孔介質(zhì)CAD文件導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，并通過后續(xù)幾何操作形成所需要的聯(lián)合體模型。
對模型添加兩種材料，其中紅色部分為油，藍色部分為水。設(shè)置為包含重力，并將上部邊界設(shè)置為出口。
對模型進行網(wǎng)格劃分。
計算并完成后續(xù)的分析模擬，以下為流速結(jié)果。
展開 二十六、多孔介質(zhì)模型(二)-催化器
wx_fmt=png"></span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質(zhì)分為各向同性多孔介質(zhì)，指的是多孔介質(zhì)各個方向的阻力相同。各向異性指各個方向阻力不同，有的方向流體容易通過，有的方向流體很難通過。</strong></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);"> </strong></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">若多孔介質(zhì)為各向同性，此設(shè)置無意義。但若為各向異性，則方向1矢量表示多孔介質(zhì)的第一個主方向為x方向，方向2矢量表示多孔介質(zhì)的第二個主方向為y方向，第三個方向與這兩個方向垂直，不必指定。
展開 COMSOL建立孔隙尺度多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型教程
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)入選項選擇【不接合】
然后通過轉(zhuǎn)換為實體命令將圖形的外側(cè)輪廓及內(nèi)部孔隙分兩步轉(zhuǎn)換為實體，這里在選擇內(nèi)部孔隙時可采用全選的方式更快速的選擇。
通過布爾操作與分割中的差集做差，將孔隙部位挖空。
網(wǎng)格劃分等后續(xù)操作：
本教程用到的CAD文件下載：
AbyssFish.rar
隨機孔隙建模軟件：
隨機微觀孔隙2D軟件
comsol三維多孔結(jié)構(gòu) 泡沫材料 孔隙介質(zhì)模型
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
采用陣列式隨機分布，生成符合規(guī)定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙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
ANSYS多孔材料孔隙介質(zhì)建模教程 基于蒙特卡洛算法Voronoi圖生成
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生成算法，進行隨機布置控制點，同時具有控制區(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，并進行添加矩形，刪掉導(dǎo)入的卵石形實現(xiàn)二維多孔模型的構(gòu)建：
進行網(wǎng)格劃分等操作：
ANSYS Workbench隨機圓形多孔結(jié)構(gòu)二維模型
在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機圓形多孔結(jié)構(gòu)模型可采用CAD隨機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)后運行，插件會自動完成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)-導(dǎo)入幾何模型，選擇保存的IGES文件并導(dǎo)入?？蓪?em>模型進行網(wǎng)格劃分及有限元模擬操作。
CAD隨機圓形骨料插件 V2.0
https://www.yqgqt.org.cn/post/1851750
展開 ANSYS Workbench隨機球體多孔結(jié)構(gòu)三維模型
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對三維多孔結(jié)構(gòu)進行有限元模擬，是對其進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)實現(xiàn)。
具體操作步驟為在AutoCAD內(nèi)將生成的多孔結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出為.sat格式文件，再通過Workbench幾何結(jié)構(gòu)-導(dǎo)入幾何模型，將模型導(dǎo)入到Workbench內(nèi)。
可對模型進行網(wǎng)格劃分。
后續(xù)可根據(jù)研究內(nèi)容對模型進行有限元模擬分析。
CAD隨機球體插件 專業(yè)版
https://www.yqgqt.org.cn/post/1945446
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