氣體分層與混合模擬的案例
混合氣體通過濾芯模擬
有沒能做油氣混合氣體通過濾芯，想要看濾芯對油的過濾作用，或者得到濾芯的壽命。
管道中混合氣體的傳輸流動模擬 ￥800
基于COMSOL軟件的多物理場耦合分析模塊，模擬了三種混合氣體在管道中的運動分布過程，模擬結果如圖2所示。
圖 1 幾何模型
溫度場分布
速度場分布
氣體濃度分布
圖2 數值模擬結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作
【CAE案例】空氣噴泉實驗中氣體分層破壞現象的數值研究
基于氫氣在安全殼內行為的研究，本研究旨在使用基于CFD通用仿真軟件研究在安全殼頂部存在垂直氣體噴泉時出現的氣體分層破裂現象。計算結果不僅分析了安全殼內氣體的流場和密度分布，而且還研究了CFD通用仿真軟件在計算多組分氣體流量中的準確性。
02 方法介紹
1. 實驗裝置
圖1實驗裝置
本實驗的裝置為高度為1.29m、底部為邊長為0.92m的正方形透明容器，如圖1所示。在底部的中心有一個直徑為0.02m的垂直進風口，在靠近盒子底部的壁面上有一個0.06m高的開口作為出口。
2. 幾何模型
幾何模型使用了實驗裝置的縮小尺寸以節省計算資源：邊長減半，面積1/4，體積1/8。在入口邊界上的單元設置源項，由于氦氣與氫氣密度基本相同且更安全，因此使用氦氣模擬氫氣。通過用戶自定義函數添加初始氦氣質量分數方程（總質量方程守恒）：
根據實驗結果，將不同空氣注入速度引起的分層破壞效應分為三個狀態。當速度較小時，氣體混合物中分子擴散占主導地位。隨著速度的增加，浮力在氣體混合中占主導地位，分層區向上推進（Fr<1）。如果速度持續增加，注入的空氣將到達頂部，并將直接打破分層帶（Fr=2）。在這種情況下，動量在氣體的混合物中占主導地位。模型計算選擇的Fr數最終為1.09，目的是為了驗證CFD通用仿真軟件模擬三種影響分層的主導因素（自由擴散、浮力和動量）下的能力。
03 案例分析
主要研究目的是氣體分層后空氣噴泉對分層破壞的影響，所以選擇氦氣停止注入的時刻（t=300s）作為模擬的起始時間點。
1. 分子擴散狀態：無空氣注入
在無空氣注入的情況下，容器內不同高度（z方向，單位m）的氣體密度（相對密度，無量綱化，縱坐標值越大說明氦氣含量越高）隨時間變化過程：
結果表明，接近頂部的三個位置的結果與實驗數據吻合較好。
展開 土石混合體的分層壓縮法
于是PFC6.0出現了塊體計算元素，本文主要講解clump來模擬塊體，而ball模擬砂土的分層壓縮法。只將體積大的用clump也可以有效率的進行計算。
一般來說我們生成的clump的數目不會特別多，這樣就對其均勻性要求比較高了。和砂土不一樣，砂土的均勻性體現在孔隙率的均勻上，而塊石的均勻性體現在分布上。如果不分層的話，很容易出現某些地方clump很多，而有些地方clump很少，這樣必然對破壞模式產生影響。
這部分實現原理也比較簡單，只要在生成顆粒的時候進行分流就可以了。先看一下本文的四種粒徑：
def par width=0.15 height= width*2 y_vel=10.0 cengshu=5.0 pengzhangxishu=5.0 tbjipei=table.create("jipei") table(tbjipei,0.003)=0.3 table(tbjipei,0.004)=0.5 table(tbjipei,0.01)=0.7 table(tbjipei,0.015)=1 poro=0.12 ;dengchaxian=0.02end
其中0.003和0.004粒徑的我們選擇用Ball去模擬，和0.01和0.015粒徑的我們使用clump去模擬。
首先我們需要準備好形狀文件并導入成clump模板。
展開 
使用嵌入 CAD 的工程流體力學仿真 優化氣體混合過程
SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 是氣體混合 CFD 分析的最佳方法
氣體混合在各種廣泛的應用領域都非常重要，例如，煙道中的氣體混合對于排放控制系統的操作非常重要，填料塔和其他類型化學反應器中的氣體混合會影響過程的產出量和可變性，氣體混合對用于處理危險廢物的旋轉窯焚化爐的性能有重大影響，呼吸道中的氣體混合影響霧化藥物的療效，混合效率上若干個百分點的提升即可大幅減少低氧化氮燃燒器的能耗和排放。優化氣體和空氣混合以滿足特定應用需求頗具挑戰性，該過程通常需要反復建造并測試原型，因此非常耗費時間和成本。大公司已經采用了計算流體力學 (CFD) 來模擬氣體混合，但鑒于使用 CFD 技術所需投入的大量成本、時間和專業知識，目前為止這種技術的應用僅限于研究或解決現有設計的疑難問題。
然而過去幾年，市面上出現了完全嵌入主流機械設計環境的新型 CFD 工具，這些工具使用更加簡單、更快且更經濟實惠。在設計流程的早期階段，用戶可以使用這些新工具來評估大量備選方案的性能，早期階段的分析使之有可能以較少的時間和較低的成本來提高產品性能并解決設計問題。本文介紹了在設計流程的早期階段使用 CFD 改善氣體混合的使用指南。
氣體和空氣混合的重要性
燃燒設備制造商面臨著諸多競爭壓力和監管壓力，這迫使他們不得不提高能效、減少環境排放、加大控制力度并提供更大的燃料靈活性。應對此挑戰的關鍵在于改善燃燒器的性能，因為燃燒器是所有燃燒系統的重要組成部分。即便是很小的性能改進，也會對持續運轉且耗費大量能源的系統產生重大的積極影響。對于幾乎所有燃燒器而言，燃料和氣體混合都是設計過程的重要環節。許多應用領域面臨的主要設計挑戰是通過注入氣體來實現近乎理想化的混合。混合很重要，因為氣體和燃料的濃度不均勻將導致排放量的大幅上升和燃燒效率的大幅下降。
展開 FireEx winvevtV4.0防爆設備灰塵氣體和混合物計算
HTRI Xchanger Suite v6.0 SP3 Full-ISO 1CD（中文漢化版，包含全部6個模塊，系統流程模擬和方針應用軟件）
HTRI.Xchanger.Suite.V6.00SP3中文版 換熱器計算軟件,支持WIN7 X64
軟件Delcam_Crispin_Engineer_2014_R1_SP1\
Cadence INCISIV 14.10.014 Linux版
Elevate_601電梯設計軟件
CADMeister.v6.1-ISO 1DVD中文版，沖模設計軟件
Landmark StressCheck 2000.1.rar
Bentley.PULS.XM.V8.9.0.28 數字管道脈動分析
FireEx winvevtV4.0防爆設備灰塵氣體和混合物計算
Plaxis 3D Foundation V1.6
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PC-Crash.v8.0-ISO 1DVD(交通事故現場重現仿真測試軟件)
CrossLight Apsys v2003.12.19 1CD（電子.光學激光2D/3D有限元分析及模形化裝置軟件
Visual Vessel Design 2015 1CD(視覺容器設計
CYME.CYMDIST
SprutCAM.v9.0 1CD
walkinside3.5實環境模擬
PVTsim v20.0-ISO 1CD多用途PVT模擬軟件
Lectra.DesignConcept.3D.v3R1c.Multilanguage-ISO 2CD軟裝飾設計軟件
IAR.Embedded.Workbench.for.PIC18.V2.12A
展開 半導體封裝工藝為什么要測量氮氫混合氣體中的氫氣濃度？
在這一復雜而精密的制造過程中，多種工藝氣體被廣泛應用，其中氮氫混合氣因其獨特的物化特性，成為多個封裝工序中不可或缺的氣體材料。
然而，氫氣的易燃易爆屬性也為生產安全帶來嚴峻挑戰。如何在高效利用氮氫混合氣的同時，嚴格控制氫濃度、預防泄漏與燃爆風險，已成為半導體封裝企業必須面對的核心安全問題。
一、氮氫混合氣體在半導體封裝工藝中的關鍵應用
氮氫混合氣通常由氮氣（N?）和氫氣（H?）按特定比例配制而成。氮氣化學性質穩定，常用于形成惰性氣氛，防止高溫工藝中的氧化現象；而氫氣具有較強的還原性，可有效去除芯片表面的氧化層，改善金屬層質量及焊接效果。兩者結合，在多個封裝環節發揮協同作用。
芯片焊接保護
在芯片與基板通過焊料連接的過程中，需在高溫環境下進行，此時芯片金屬表面極易氧化，導致虛焊或連接強度下降。通入適當比例的氮氫混合氣體，可形成局部還原性氣氛，抑制氧化并提高焊點浸潤性，從而顯著提升焊接良率與器件可靠性。
退火工藝
封裝過程中的退火處理用于釋放晶圓內部應力、穩定金屬薄膜結構。氮氫混合氣在此過程中既作為保護氣氛防止二次氧化，也借助氫氣的還原能力進一步清除殘留氧化物，提升界面質量。
化學氣相沉積（CVD）
在某些介質層或鈍化層的化學氣相沉積工藝中，氮氫混合氣可作為反應氣源或載氣。通過調控氫氮比例，可影響成膜速率、結構與成分，從而制備出如氮化硅等高品質薄膜。
表面處理與清洗
在封裝前道工序中，晶圓或芯片表面可能吸附有機物、微粒或自然氧化層，使用含氫的混合氣體可實施還原性清洗，恢復金屬表面活性，提高后續工藝的兼容性。
展開 文丘里混合器的混合性流場模擬 ￥20
在文丘里下游的錐段區域，設置有專用噴槍用于向流場中噴射漿液，借助氣流的高速動能實現漿液的初次霧化與摻混，促使漿液與煙氣在此處進行充分混合。混合后的氣液兩相流隨后進入直管段，在此繼續進行反應過程。為確保漿液在直管段進口處具備良好的反應條件，關鍵是要保證漿液粒子在進入直管段時分布足夠均勻，即粒子濃度場和速度場在流通截面上實現均質化。為此，本項目擬采用計算流體力學（CFD）數值仿真方法，對包括彎頭、文丘里段、錐段及噴槍射流在內的復雜粒子氣流兩相流場進行精細模擬與分析。通過仿真結果指導流場結構優化，旨在提升直管段進口截面處漿液粒子的分布均勻性，從而為后續的高效反應創造理想條件。
1、 計算模型及邊界條件
1.1 計算模型建立
根據二維圖紙，建立三維模型如下：
1.2 邊界條件
系統內總煙氣量為906187m3/h，煙氣溫度為130℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為16.56m/s。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標準k-ε模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。采用離散相模型進行計算，噴槍使用錐狀噴射進行模擬，噴射角度為90°，噴射距離為5m。計算參數如下：
2、 計算結果及分析
2.1 噴槍同一高度布置
2.1.1 原始方案
噴槍布置在同一高度時，原始方案下流場內部流動狀態如下：
速度流線圖
漿液粒子分布圖
in1截面粒子濃度分布
in1截面粒子分布
從圖中能夠看出，氣流在經過文丘里段后，最大流速增加到了55.38m/s。而由于錐段擴張角度較大的緣故，氣流擴散效果欠佳，在直管段四周則產生了局部的回流現象。漿液粒子由噴槍噴射口噴出后，一部分被煙氣氣流帶走，一部分則被卷入到回流當中，附著在壁面上。
展開 周期性邊界分層流動數值模擬
計算結果表明，TransAT軟件Level Set方法計算分層流的結果與分析解吻合良好。
圖3 速度分布計算結果
表1 理論解與仿真結果對比
來源：多相流在線
作者：Simpop
基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬 ￥59
基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬技術難點總結起來如下：
1、初始地應力平衡。不平衡的原因，往往是一開始就把錨桿嵌入地層了。
2、接觸設置。由于涉及到分層開挖，樁，預應力錨桿，所以要設置很多接觸，這些接觸包括：樁土永久性接觸，樁土暫時性接觸。在開挖過程中，部分接觸要失效。
3、生死單元功能。模擬分層開挖。
4、預應力錨桿嵌入土體。
5、錨桿與樁的連接。這里采用節點耦合方式處理。
6、錨桿預應力施加。設置熱膨脹系數，采用降溫法使錨桿產生預應力。
7、開挖與支護分析步設置。先開挖一層，設置一個分析步；然后立即對錨桿施加預應力支護，也設置一個分析步。
圖1 基坑分層開挖支護模型
圖2 地應力平衡時的位移
圖3 開挖第一層位移
圖4 開挖第二層位移
圖5 開挖第三層位移
圖6 開挖第四層位移
圖7 地應力平衡時等效塑性應變
圖8 開挖第一層等效塑性應變
圖9 開挖第二層等效塑性應變
圖10 開挖第三層等效塑性應變
圖11 開挖第四層等效塑性應變
展開 【ABAQUS建模】內聚力單元模擬復合材料分層（附cae文件）
在ABAQUS中建模復合材料的分層結構，您可以采用以下步驟：
創建幾何模型：首先，在ABAQUS中創建幾何模型，包括復合材料的幾何形狀和分層結構。您可以使用ABAQUS提供的幾何建模工具或導入外部CAD文件。
材料定義：根據您的復合材料組成，定義適當的材料模型。對于復合材料，您需要定義每個分層中使用的各向異性材料屬性，例如彈性模量、泊松比、層間剪切模量等。
創建分層網格：根據復合材料的分層結構，使用ABAQUS提供的網格劃分工具創建相應的分層網格。確保每個層級都被適當地劃分，并且層間接觸良好。
定義單元類型：根據復合材料的性質，選擇適當的單元類型。對于復合材料，常用的單元類型包括二維殼單元（例如S4R、S8R）和三維實體單元（例如C3D8）等。確保所選的單元類型適合您的分析目的和模型幾何。
定義內聚力模型：對于復合材料的分層界面，可使用ABAQUS中的內聚力模型來模擬分層的粘合特性。選擇適當的內聚力模型（例如表面內聚力模型或體積內聚力模型），并設置相關的參數，如強度、剛度和失效準則等。
施加邊界條件和加載：根據您的分析需求，在模型中定義適當的邊界條件和加載。這包括約束邊界條件、施加的載荷或位移等。確保邊界條件和加載方式與實際情況相符。
設置分析步驟和求解器選項：在ABAQUS中設置適當的分析步驟和求解器選項，以便執行所需的分析。這包括選擇合適的加載步驟、求解器類型和收斂準則等。
注意事項：
確保幾何模型的準確性，包括分層結構的幾何形狀和尺寸。
展開 
FLUENT管道內氣體擴散模擬
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
本教程演示了管道內釋放某氣體后擴散的模擬過程。
啟動FLUENT并導入網格
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，啟動Fluent 2021。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導入.msh網格文件。
定義模型
（1）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板，在Solver中Time選擇Transient，進行瞬態計算。
設置湍流模型
（1）在模型設定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Models對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon，單擊OK按鈕確認。
設置多組分模型
（1）在模型設定面板Models中雙擊Species按鈕，彈出Species Model對話框，選擇Species Transpor，Miture Material選擇propane-air。
展開 Moldex3D模流分析之考慮完整要素于分層射出的光學件成型模擬
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋。利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析
?第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選 預測流動殘留應力在流動 / 保壓階段 和 預測流動殘留應力在冷卻階段 。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
?第二射(B層)分析
-步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
-步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
計算參數設定中，為了考慮第一射成型的影響，第二射的必須在多材質射出成型頁簽中勾選參考前一射的組別ID，并在下拉選單中選取第一射分析的組別。
-步驟5: 為第二射設置黏彈與光學計算參數
接著與第一射分析相同，必須在黏彈/光學頁簽勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。
展開 cohesive單元分層開膠斷裂模擬-雙懸臂梁剝離DCB（三維模型） ￥2
cohesive單元分層開膠斷裂模擬-雙懸臂梁剝離DCB（三維模型）
abaqus模擬二維橋臺土體分層堆載（土工柵格 生死單元） ￥30
模型是二維的，包含了橋臺，地基，土工柵格等幾個部分，模擬了橋臺后方土體的堆填過程，以及土工柵格施加的方式。下邊是模型的部分結果圖和模型的一些設置。附件里包含cae文件和inp文件，模型問題相關答疑可聯系本人。
