多孔介質流動仿真的案例
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 FLuent 模擬多孔介質流動
10 Modeling-Flow-Through-Porous-Media.pdf
如文檔介紹
案例文件：
10 Modeling-Flow-Through-Porous-Media.zip
更多案例 正在整理
模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 【AICFD案例操作】多孔介質歧管流動傳熱
AICFD是由天洑軟件自主研發的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
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。
展開 
模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 多孔介質流動: 不連續裂縫
在多孔介質的裂縫中，流體流動得較快，而在周圍的多孔介質巖體當中，流體也會進入微孔，盡管速度非常慢。由于裂縫和巖體之間存在著流體的傳質，所以在裂縫和巖體的界面上壓強是連續的。精確模擬巖體和裂縫中的流動在一些案例中是很有關鍵的，例如估計井的流率，描述污染物的遷移，設計污染物清除策略等。
本算例說明了聯合求解裂縫和巖體流動的一種高效而精確的方法。模型建立為一個立方體巖體，它的內部邊界為裂縫 (圖 2-27).
Darcy定律是巖體中速度的控制方程，裂縫中的流動設定與裂縫厚度有關。將裂縫定義為內部邊界是一種高效的方法，因為這樣就不需要為狹窄的裂縫體積來建立面積-厚度比非常高的精細網格。
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 多孔介質中的裂隙流數值仿真
本篇案例展示了多孔介質的中裂隙流仿真過程，此案例適用于對污染物（包括放射性材料）在地下的流動和傳遞感興趣的用戶，還適用于石油公司，這些公司往往需要研究通過裂隙流入油井的快速流動和通過巖石或土壤中顆粒之間小孔隙流入油井的緩慢流動。模擬結果展示如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。Q：172497934，群1:743937736，群2：858277810。
COMSOL 多孔介質毛細現象仿真（含講解視頻）
背景介紹
多孔介質的微小空隙中的任何兩種非互溶流體分界面的兩側存在的壓力差，即非浸潤相的壓力與浸潤相的壓力之差。毛細管壓力取決于流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅替過程中，毛細管壓力可以是驅動力，也可以是流動的阻力。浸潤相在毛細管壓力作用下，可以自發地驅替非浸潤相，即滲汲作用。毛細管壓力的存在影響多孔介質內的流體運動規律，因此是滲流力學及有關的工程技術必須考慮的問題。例如，在油田開發中，毛細管壓力影響油層的有效滲透率和油層的采收率；利用毛細管壓力曲線可確定多孔介質內的孔隙分布和流體分布，計算多孔介質的相滲透率以及油層的采收率等。
圖 1 多孔介質電鏡掃描示意圖
注：以上內容引自百度百科
2. 模型介紹
如圖2所示，建立矩形（2mm×5mm）隨機圓形的多孔區域，圓形孔隙率為0.6，圓形隨機分布服從正態分布。底部為液體區域，兩邊作為入口壓力邊界，入口壓力為液體重力所帶來的靜壓力。出口壓力靜壓力為0Pa。
圖 2 多孔介質毛細示意圖
3. 物理場選擇及邊界條件設置
本模型主要是采用comsol6.2版本中的湍流流動、水平集兩相流等多物理場模塊，詳細的物理場及邊界條件設置如圖3所示。
圖 3 詳細的物理場設置以及邊界條件
4. 網格繪制
由于本模型形狀不規則，采用自由三角形網格繪制方式進行繪制，如圖4所示。
圖 4 網格繪制
3. 結果展示
圖 5 多孔介質內部速度分布
圖 6 速度矢量分布
圖 7 流體2體積分數
圖 8 流體2體積分數動態變化
源文件及視頻獲取方式
有需要定制案例與視頻教程的可以與我們聯系，歡迎咨詢。
展開 #184-地下天然氣泄漏仿真-多孔介質影響（#193）對比
#184-地下天然氣泄漏仿真-多孔介質影響（#193）對比
01工況介紹
泄漏示意圖如下，空間大小100m*100m，#184仿真不考慮土壤（多孔介質）的影響（即仿真僅對地上部分建模，不對地下部分建模），#193仿真考慮多孔介質影響。
無風工況示意圖（左）和有風工況示意圖（右）
02網格情況
不考慮土壤（多孔介質）的影響網格
考慮土壤（多孔介質）的影響網格
03仿真設置
設置簡單，幾步輕松搞定。
1、瞬態計算
2、湍流模型
3、組分輸運模型
4、組分設置
5、入口設置
6、入口成分設置
7、可根據需要設置是否有側風，以及側風大小（無側風時側邊設置為壓力出口）。
8、若需要考慮土壤（多孔介質）的影響，則需將土壤部分另作為一個多孔介質域，基本設置參考如下。
9、根據需要設置監測點
04基本結果
#184-1-1：6.3MPa，泄漏孔徑40，流量12.8kg/s，無側風（不考慮土壤）
觀看動畫效果可下載附件（“動畫”）。
動畫.mp4
#184-1-2：6.3MPa，泄漏孔徑40，流量12.8kg/s，側風4m/s（不考慮土壤）
觀看動畫效果可下載附件（“動畫”）。
動畫.mp4
#184-1-3：6.3MPa，泄漏孔徑40，流量12.8kg/s，側風10/s（不考慮土壤）
觀看動畫效果可下載附件（“動畫”）。
展開 液化天然氣輸送系統超低溫球閥介質流動仿真分析
本文對LNG超低溫球閥中的空化現象進行了仿真分析，結果表明：隨著質量流量的增加，LNG在球閥管道中的速度越來越大，產生的壓降也越來越大；LNG超低溫球閥管道內部空化發生的位置主要位于焊接法蘭附近的縮口處，并且進口處的空化要比出口處的空化現象更加嚴重。
關鍵詞：超低溫球閥;液化天然氣;空化;管道輸送;
1 概述
2021年，中國進口LNG達8140萬噸，超過日本成為全球最大的液化天然氣(LNG)進口國，標志著自20世紀70年代初以來，中國首次成為全球最大LNG進口國。在中國成為全球最大LNG進口國的同時，LNG超低溫閥門產品的加工制作也迎來更大的發展空間[1]。LNG超低溫球閥主要用于天然氣液化工廠、液化天然氣接收站、液化天然氣船舶運輸等系統裝置中。一個大型LNG項目中使用的低溫閥門數量能夠達到上萬臺，其中光是低溫球閥就能夠占到70%左右[2,3]。這些閥門對于LNG輸送系統的安全運行起著決定性的作用，經過對大量的LNG設備事故案例進行分析，可以發現有多起案例是由于閥門故障或者失效造成了LNG泄漏，進而致使整個系統裝置被迫停機甚至發生燃燒、爆炸。因此，本文將對應用在液化天然氣輸送裝置中的超低溫上裝式球閥(后簡稱“LNG超低溫球閥”)內部的介質流動進行仿真計算，為LNG超低溫球閥的安全使用提供一定的理論支持。
2 物理模型和數值模擬方法
2.1 LNG超低溫球閥物理模型
計算所采用的LNG超低溫球閥三維如圖1所示。LNG超低溫球閥主要由支架、閥桿、加長閥蓋、球體、閥體、前后閥座以及連接件、密封件等構成。由于LNG的低溫，LNG超低溫球閥以及管道內部非常容易產生空化現象。因此本小節將會圍繞LNG超低溫球閥內部的空化現象，來對LNG超低溫球閥進行計算。
展開 
COMSOL模擬裂縫介質中的流動，計算介質等效滲透率 ￥199
本帖以交流為主，共同學習將裂縫中的層流流動和基質中的達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學習！
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 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！
多孔介質干燥模擬 ￥1000
<p>本案例建立了一Mushroom二維模型，基于COMSOL軟件的多個物理場模塊：動網格，湍流流動，流體傳熱，水蒸氣和液態水兩個稀物質傳遞，固體力學接口，模擬了Mushroom多孔介質的流動干燥、水分蒸發和收縮變形過程。
