多孔介質兩相流仿真的案例
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 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 
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。
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 Fluent中多孔介質模型介紹
現實生活中常會碰到多孔介質的問題，如水處理中常會碰到的篩網、過濾器，環境工程中的土壤等，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，將多孔區域簡化為增加了阻力源的流體區域，從而省去建立多孔幾何的麻煩。簡化方式一般為在多孔區域提供一個與速度相關的動量匯，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，則可改寫為：
式中，α為滲透率；C2為慣性阻力系數。此時矩陣D為1/α。動量匯作用于流體產生壓力梯度，
，即有
，而Δn為多孔介質域的厚度。
本案例演示利用FLUENT模擬計算多孔介質流動問題。如圖所示。
流體介質為空氣，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區域后的速度與壓力降如表所示。
將表中的數據擬合為
的形式。
數據擬合后的函數表達式為：
因此，
而密度ρ=1.225kg/m3，Δn=0.1m，可得到慣性阻力系數C2=4.439。而
動力粘度μ=1.7854e-5，換算得粘性阻力系數：
Step 1：啟動FLUENT
啟動FLUENT，并加載網格。
以3D模式啟動FLUENT
選擇菜單【File】>【Read】>【Mesh…】，選擇網格文件EX2-3.msh
軟件導入計算網格并顯示在圖形窗口中。Step 2：檢查網格
包括計算域尺寸檢查及負體積檢查。
選擇模型樹節點General
鼠標點擊右側設置面板中的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 