多孔介質模型的案例
干貨 | ANSYS Fluent多孔介質模型簡介
多孔介質是指內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。若采用詳細的模型結構及網格劃分處理，則會因為過多的網格數目而使計算量非常大，不能滿足工程上的實際需求，而多孔介質模型實質上是將多孔介質區域結合了以經驗假設為主的流動阻力，即動量源項。
圖1 多孔介質模型的應用
ANSYS Fluent中可將所需區域設定為多孔介質模型（見圖2），在cell zone conditions中勾選porous zone（通常認為在多孔介質模型內由于阻力原因，流動狀況為層流，故而同時勾選laminar zone）。在其界面中，可設置方向、粘性阻力系數、慣性阻力系數以及孔隙率等參數。其中粘性阻力系數及慣性阻力系數可通過多種方式確定其具體數值，如試驗法（風速及壓降的曲線擬合）、Ergun方程法、經驗方程法等等。
圖2 ANSYS Fluent中多孔介質模型的設置界面
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，其中類似蜂窩結構的區域可認為是多孔區域模型（見圖3）。在ANSYS Fluent中設置求解器、材料、多孔區域、邊界條件等，初始化后進行仿真計算（多孔介質問題的初始化應采用standard initialization，見圖4）。
展開 基于多孔介質模型的鉀熱管數值模擬 ￥300
建立了固液氣三相耦合數學模型。其中對吸液芯液體流動區域采用了多孔介質模型，該模型考慮了液體流動對熱管傳熱性能的影響。利 用ＰＨＯＥＮＩＣＳ３．６對數學模型進行數值計算，得到了熱管內的穩態工作參數。分析模擬結果得到了鉀熱管內部各相工質傳熱、傳質機理，并與試驗數據進行了比較。結果表明，模擬結果與試驗數據符合較好。
【文獻講解】基于多孔介質模型的鉀熱管數值模擬
基于多孔介質模型的鉀熱管數值模擬_韓冶(2).pdf
本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型（聯系我方可獲取）及相關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多孔介質兩相流水驅油模型
本COMSOL案例介紹在重力作用下多孔介質中的水油兩相流模型。
多孔介質采用AbyssFish單連通周期性邊界多孔結構2D軟件生成，軟件可設置孔隙率、孔喉尺寸、顆粒尺寸等信息，以生成多種多孔介質模型，適應不同的工程地質條件。
采用CAD圖像導入插件，將生成的多孔介質模型導入到AutoCAD內，并保存為.dxf文件。
在COMSOL內選擇流體流動-兩相流-相場-層流，并添加包含相初始化的瞬態研究。
在幾何下選擇導入，將保存的多孔介質CAD文件導入到COMSOL內，并通過后續幾何操作形成所需要的聯合體模型。
對模型添加兩種材料，其中紅色部分為油，藍色部分為水。設置為包含重力，并將上部邊界設置為出口。
對模型進行網格劃分。
計算并完成后續的分析模擬，以下為流速結果。
展開 糧倉內的多孔介質通風模型 ￥500
由于儲存條件、設施簡陋且缺乏技術指導，農戶儲糧損傷比例約8%左右，本案例建立了一糧倉模型，糧倉內的小麥采用多孔介質模型描述，基于熱-流耦合多物理場理論模型，對糧倉內的溫度場和流場進行了仿真模擬，有助于揭示糧堆內部的耦合傳熱機理，提高儲糧技術，實現安全儲糧，本案例的仿真結所示：
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
二十、多孔介質模型案例
<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);">多孔介質就是固體物質內部和表面有許多孔隙，如海綿等，由固體物質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成的物質。多孔介質內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自帶多孔介質模型，對于多孔介質的模擬，不考慮流體在多孔介質內部的流動，只考慮多孔介質對于流動阻力及能量方程產生的影響。
展開 COMSOL微觀多孔介質二維滲流模擬基于四參數隨機生長建模
微觀多孔介質流體
微觀多孔介質廣泛存在于巖石、土層等流體介質之中，這使得流體穿過存在復雜性，滲流的微觀結構決定其宏觀現象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡稱REV）方法，這就涉及到微觀介質的模型重構。
這里采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件進行微觀多孔介質的構建，V1.1版本軟件通過優化改進的算法，可指定四參數隨機增長的分布概率、生長概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數，并可進行同一參數不同孔隙率的動態輸出，方便對比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質模型，并將其導入到COMSOL內，多孔介質的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
多孔介質中的孔隙為單聯通域，無無效幾何，如果指定的孔隙率過小，軟件生成的孔隙可能非單聯通，需要將非聯通的的幾何進行手動刪除處理。
物理場采用流體流動中的層流，左側為流體入口，右側為出口，以下為流速及壓力計算結果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數隨機生長2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 【技術應用】具有壓力相關多孔介質系數的彈簧安全閥建模示例
本文基于Simcenter STAR-CCM+軟件介紹一種使用多孔介質模型對彈簧安全閥進行建模的方法。該介質的阻力系數隨閥門上游壓力的變化而變化，以模擬彈簧安全閥的可變開度。
內容
泄壓閥是一種非常常見
的裝置，存在于各種流體系統中，其目的是通過允許部分流體排放到外部環境中來防止此類系統的過度增壓。
一些泄壓閥是專為一次性使用而設計的，即當達到臨界壓力時，其中一個部件（即爆破片）會破裂，從而導致流體泄漏，如果發生這種情況，則需要更換。
大多數情況下，它們是彈簧加載閥，以可控的方式將流體排出系統：閥噴嘴在克服彈簧壓力的預定壓力下開始打開，并隨著系統壓力的增加而逐漸打開，反之亦然。
在Simcenter STAR-CCM+中，可以使用DFBI模型對代表閥門的質量彈簧阻尼器系統進行建模，但由于這涉及網格運動，計算量會變得比較大（時間步長和網格運動穩定性考慮），特別是當模擬不主要關注閥門開閉的過程而是關注閥門打開后流體的擴散時，運用動網格技術來實際模擬閥門的運動就不太容易工程化。
在這篇文章中，提出了一種更簡單的方法，使用多孔介質模型來近似閥門的行為。其想法是將閥門建模為伯努利方程中的局部壓降，并具有相關的損失系數（Kloss）。在三維CFD模擬中，閥門簡化為一個簡單的圓柱體，其半徑定義為實際閥門噴嘴截面面積與圓柱體的面積相匹配，長度為L。
展開 基于LS-DYNA的ICFD 各向同性多孔介質流輸入平臺 ￥80
此 LS-DYNA 仿真顯示了一個簡單的 ICFD 各向同性多孔介質流輸入平臺。 與原來的圓柱體流動相比，圓柱體現在代表一種多孔介質，盡管流動緩慢，但允許流動通過它。 有幾種多孔介質模型可用，本例中使用的模型是 Ergun 相關性。
附件為源k
FLUENT多孔介質資料匯總（包括案例）
一、資料（共五個）：
1、（案例見二、2）
Fluent計算多孔介質模型資料.pdf
2、
Fluent多孔介質設置.pdf
3、
多孔介質-Fluent模擬.doc
4、
多孔介質參考資料.doc
5、這個是我自己整理網上的兩個問題，有興趣的話可以看一下。
fluent多孔介質資料搜集.doc
（①用fluent計算，多孔介質的數值模擬是怎么設置的？
②求教fluent中多孔介質使用的公式應該如何確定？）
二、案例（共兩個）：
1、fluent自帶的幫助案例；
（見一樓）
2、資料1所用案例。
porous20media20e_1211687028.rar
展開 COMSOL多孔介質自然流動與傳熱現象的仿真研究
多孔介質中的自然對流和傳熱研究在地熱系統、隔熱材料、食品加工以及化學反應器設計等領域具有重要意義。本文介紹了一種基于COMSOL Multiphysics軟件建立多孔介質幾何模型并模擬其內部自然對流與傳熱過程的方法。
采用CAD Voronoi V2.1插件生成多孔介質幾何結構，并在AutoCAD中僅保留含曲邊孔隙圖層的內容后導出為dxf格式文件。并將此文件導入至COMSOL Multiphysics軟件中。
在COMSOL中，通過構建矩形區域并與導入的CAD圖形執行差集操作來完成多孔介質幾何模型的建立。
選擇“多孔介質傳熱”物理場，并設置相應的溫度邊界條件以匹配具體應用場景。完成設置后，對模型實施網格劃分。
通過對模型進行仿真計算，分析多孔介質內的流速分布及溫度場變化情況。
研究結果提供了關于多孔介質內部復雜對流與傳熱機制的深刻見解。
展開 ABAQUS模擬多孔介質流體流動之地層排水固結
ABAQUS有限元軟件 soil模塊可模擬計算多孔介質中流體流動這種滲流應力耦合問題，其是通過將介質視為多相材料并采用有效應力原理來描述其力學行為來對多孔介質進行建模。提供的多孔介質模型考慮介質中兩種流體的存在。一種是“潤濕液體”，它被認為是相對（但不是完全）不可壓縮的。另一種是相對可壓縮的氣體。當介質部分飽和時，兩種流體都存在于一個點上；當完全飽和時，完全充滿潤濕液體。單元體積由一定體積的固體物質、一定量的孔隙和一定體積的潤濕液體構成，如果被壓差驅動則可以自由地通過介質。ABAQUS軟件就是通過將有限元網格附著到固相來模擬多孔介質，流體可以流過這個網格。其中模型的力學機理是基于有效應力原理，不再贅述，其中流體流動默認為為達西滲流。
孔隙流體的滲流行為遵循Darcy定律或Forchheimer定律，Darcy定律一般適用于低滲流流速，是線性關系而Forchheimer定律是非線性定律，主要模擬更高流動速度的情況，Darcy定律可以認為是Forchheimer定律的特例。Darcy定律用于表述為層流條件下通過多孔介質的滲流速度與水力梯度滿足線性關系，在一維條件下有：
為平均滲流速度，Q為流量，A為過水面積，k為滲透系數，H為測壓水頭，z是某指定參考面之上的高度。
模擬示例之地層排水固結
（1）幾何模型：
圖1
（2）模擬材料：
*Material, name=ROCK
*Density
2500,
*Permeability, specific=10000,DEPENDENCIES=1
XXXXXXXXX
*Depvar
3,
*Elastic
2.3e+09, 0.2
*User Defined Field
*Mohr Coulomb
27.,0.
展開 
二十六、多孔介質模型(二)-催化器
wx_fmt=png"></span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質分為各向同性多孔介質，指的是多孔介質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);">若多孔介質為各向同性，此設置無意義。但若為各向異性，則方向1矢量表示多孔介質的第一個主方向為x方向，方向2矢量表示多孔介質的第二個主方向為y方向，第三個方向與這兩個方向垂直，不必指定。
展開 基于CFD的油冷器壓降仿真及試驗驗證
第二種方法是基于多孔介質模型的換熱器數值模擬等效[10]，其中換熱器等效主要用于流阻等效，其效率高但傳熱性能等效仍不準確，因此，主要根據試驗結果建立換熱器一維傳熱模型。ZHOU等[11]利用多孔介質模型模擬了換熱器的阻力特性。Du等[12]利用多孔介質模型簡化了具有交錯齒的板翅式換熱器內部流道。第三種方法是換熱器的多尺度等效，同時具有微觀翅片參數和宏觀性能參數[13]。蘇峰華等[14]通過微尺度單元模擬分析和全尺寸模型分析了整體傳熱性能。HUANG等[15]通過使用多尺度多孔介質模型提高了模擬的準確性。為了使試驗結果與實際更貼合，使用多孔介質模型簡化疊片式發動機機油冷卻器的水側流道，建立用于壓降計算的等效仿真模型。該模型和全細節模型相比，能夠大幅減少計算時間，同時能保證預測結果的精度，為下一步以壓降為目標的設計優化奠定了基礎。
1 試驗與仿真分析
1.1 試驗條件
準備3組油冷器的試驗樣件，樣件的外形如圖1所示。油冷器的底板安裝于長方體工裝上，其上方管連接的管道是水側進口，下方管連接的管道是水側出口，如圖2所示。
試驗流體為50%乙二醇與50%去離子水的防凍冷卻液，冷卻液的品牌為PrestoneDexcool，試驗溫度為103℃。采用內置的科里奧利流量計測量水側流量，T型熱電偶測量水側進出口溫度，微創（Viatran）IDP10（0～210kPa）壓力傳感器測量壓差。
1.2 試驗過程
水側的等溫壓降試驗設置103℃的水測溫度，調整體積流量到10L/min、22L/min、26L/min、35L/min，每個流量工況下記錄實際溫度、流量和靜壓壓降。3組樣件的試驗數據記錄如表1－表3所示。
1.3 仿真模擬
使用商業軟件STAR-CCM+進行水側的壓降仿真。
展開 智能熱流體仿真軟件AICFD 2023R1新版本功能介紹
圖4 多變量預測案例
樣本追加功能可支持將不同機器、多次批量計算和不同變量計算樣本進行合并，樣本追加流程如下圖所示：
圖5 樣本追加流程
三、多孔介質模型新增
AICFD新版本增加多孔介質模型，用于模型孔隙較多的區域對流體造成的阻礙作用，通過多孔介質模型可大大降低原始多孔部件對網格的質量和網格數量的嚴格要求，可以大幅減少計算量，加速仿真進程。圖中為某歧管多孔介質模型仿真案例，AICFD可準確模型歧管壓力梯度和速度分布。
圖6 多孔介質仿真案例
四、噪聲模型新增
在本次版本中，針對氣動噪聲增加了遠場噪聲模型。圖中展示了氣動仿真經典案例DrivAer汽車Fastback車型的遠場噪聲模擬結果。軟件可模擬汽車行駛過程中遠場噪聲，遠場噪聲頻譜圖展示了距離后視鏡不同位置p1、p2處的聲壓級頻譜。
圖7 氣動噪聲模擬
五、Linux系統兼容
AICFD 2023R1版本實現了Linux系統兼容。軟件目前可同時兼容Windows和Linux系統，增加了軟件安裝系統的普適性。經過嚴格測試，我們保證了在Linux系統中運行的高效性，512及以上核數并行效率高達理論值的80%。
展開 【AICFD案例操作】多孔介質歧管流動傳熱
一、概 要
1）案例描述
本案例針對某種多孔介質歧管，采用多孔介質模型、對流換熱壁面和湍流模型對歧管進行流動傳熱仿真，案例最后可以看到歧管的壓力和溫度分布情況。
2）網格
采用非結構四面體為主的網格，網格數67萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
速度入口：10m/s ，溫度773K；靜壓出口：0Pa，0梯度；對流換熱壁面：10w/m^2*K，373K。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設置湍流模型。本案例為穩態計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standard k-epsilon模型。
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