多孔介質器件的案例
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。
多孔介質滲流現象
普通管道中的水流
孔隙介質實際流線
假想的流動
多孔介質
滲流受多孔介質特性影響。天然和人造的多孔介質普遍具有下列特征：空隙尺寸微小；比表面積數值很大。
多孔介質的特征使滲流具有下述特點
表面分子力作用顯著，毛細管作用突出
流動阻力較大，流動速度一般較慢，慣性力往往可忽略不計
多孔介質的性質
孔隙性 有效孔隙和死端孔隙
◆ 孔隙度：是多孔介質中孔隙體積與多孔介質總體積之比
◆ 有效孔隙：是多孔介質中相互連通的、不為結合水所占據的那一部分孔隙。
◆ 有效孔隙度：是多孔介質中有效孔隙體積與多孔介質總體積之比。
◆ 死端孔隙：是多孔介質中一端與其他孔隙連通、另一端是封閉的孔隙。
連通性 封閉和暢通、有效和無效
壓縮性 固體顆粒和孔隙的壓縮系數推導
多相性 固液氣三相可共存
影響滲流的各種力
油、氣、水能夠在多孔介質中滲流主要受以下幾種力的作用：
流體的重力
重力可能是動力也可能是阻力。
多孔介質的壓縮性及流體的彈性力
油氣存在于地下巖層內，未開采時巖石和流體都處于均衡受壓的平衡狀態。隨著油氣的不斷開采，油氣層內的壓力逐漸降低，上覆巖層和油層內壓力差逐漸增大，會導致巖石變形，造成巖石孔隙度減小即內部孔隙體積減小，多孔介質內流體逐漸向壓力低的方向流動。滲流方向也發生改變。
毛管力
多孔介質可以看成是固體內部存在許多個毛細管，這些毛細管散亂分布，互相連通。發生滲流時一種流體驅替另一種流體，在兩種流體交界面上產生壓力跳躍，這個壓力就稱為毛管壓力。
流體的粘性及粘滯力
流體在流動時，不同流速的流體間受分子間內聚力的影響會產生相互作用力，使速度低的加速，速度高的受到限制，流體的這種屬性稱為粘性。
展開 多孔介質力學-有效應力原理
多孔介質的應力張量分為兩部分，固體骨架的應力 （非有效應力 ）和孔隙流體壓強。
多孔介質力學定義強調：
應力、應變以拉為正，應力、應變以壓為負，孔隙流體壓力以拉為正，孔隙體積增大（體脹）為正，體縮為負。
而土力學（巖土工程）則恰恰相反，強調：
應力、應變以壓為正，應力、應變以拉為負，孔隙流體壓力以壓為正。孔隙體積增大（體脹）為負。
張量形式：（黃茂松，2004，飽和多孔介質土動力學理論與數值解法）
根據Terzaghi有效應力原理可知：
多孔介質力學：（宋二祥，土力學理論與數值方法，P160）
（-20）=（-15）-（5） 總應力為20kPa壓應力，15kPa有效壓應力，5kPa孔壓。
土力學：（李廣信，高等土力學，P337）
15= 20-5 總應力為20kPa壓應力，15kPa有效壓應力，5kPa孔壓。
展開 多孔介質中的滲漏模擬 ￥198
提供多孔介質中滲漏模擬的案例，可模擬某相物質在多孔介質（含另一相）的滲漏過程，具體鏈接附后：
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 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。
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！
【AICFD案例操作】多孔介質歧管流動傳熱
圖5-3 結果更新
4）可視化結果
① 壓力云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數，設置等級參數256，點擊應用，讀取歧管壓力云圖，可以看到歧管的入口壓力最大 經過多孔介質區域后壓力減小，并在出口處降至最低。
圖5-4 壓力云圖
② 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數，設置等級參數256，點擊應用，讀取歧管表面溫度云圖，可以看出歧管入口處 溫度較高，在多孔介質域內溫度逐漸降低，隨后流體流出多孔介質域后溫度逐漸增加。
圖5-5 表面溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 矢量圖，設置歧管速度矢量圖，可以看出在多孔介質域內速度較低，在歧管內徑較小處速度最高。
圖5-6 流線圖
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 多孔介質的地應力平衡
多孔介質的地應力平衡.rar
多孔介質流固耦合
想學習更多的知識，請聯系我們！
微信公眾號：名稱：“DR有限元”
號碼：“hello_cae”
多孔介質中的滲流物理
薛定諤多孔介質中的滲流物理
多孔介質中的滲流物理1.rar
多孔介質中的滲流物理2.rar
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
Comsol-裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型 ￥650
針對裂隙多孔介質流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產生新損傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型，實現如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網絡幾何模型；
（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 