多孔介質傳熱
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
多孔介質傳熱的視頻教程
Comsol在能源行業仿真中的應用 ——基于多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合
comsol軟件作為一款多物理場耦合仿真軟件，在仿真工作中，其內置的達西定律、自由和多孔介質流、多孔介質傳熱、固體力學等物理場可以表述其過程，從而達到仿真的目的。本課程主要內容為： 1.利用流熱固多物理場耦合仿真瓦斯抽采問題； 2.利用參數化掃描功能研究不同滲透率、負壓、溫度、時間等多工況下的變化。
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多孔介質傳熱的實例教程
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 2.4多孔介質傳熱
點擊多孔介質傳熱，選擇所有域
點擊多空介質（燃料極），選擇對應區域設置氣體相和固體相熱物理特性
右鍵多孔介質傳熱，添加多空介質（空氣極），選擇對應區域設置氣體相和固體相熱物理特性
右鍵多孔介質傳熱，添加流體（燃料極和空氣極兩個），選擇對應區域，設置氣體相熱物理特性
右鍵多孔介質傳熱，添加熱源（燃料極，電解質和空氣極三個），選擇對應區域，設置廣義源
右鍵多孔介質傳熱，添加熱源（反應熵變），選擇對應區域，設置用戶定義廣義源
右鍵多孔介質傳熱，添加溫度入口（燃料極和空氣極2個），選擇邊界，設置入口溫度
右鍵多孔介質傳熱，添加出口邊界條件，選擇邊界
右鍵多孔介質傳熱，添加固體，設置電解質的熱物理特性
3耦合求解
解耦求解，禁掉二次電流分布，多孔介質傳熱。首先只求解自由和多孔介質流動和濃物質傳遞模塊，結果為解1。
打開二次電流分布，在解1的基礎上，耦合電場求解，結果為解2。
再把每個部分的多孔電極耦合系數選上，在解2的基礎上耦合求解，結果為解3。
打開多孔介質傳熱，耦合每部分溫度和參數溫度，在解3的基礎上求解，得出最后的耦合解。
4結果
通過將模擬結果與相同工況下的實驗數據進行比較，驗證了搭建的多物理場模型的有效性（操作條件如表1所示）。兩組數據在低工作電壓下表現出較高的一致性，而在高工作電壓下則有相對較大的差異?？傮w而言，差異較小(相關效率，r = 0.994)，如圖所示。
展開 對于這個模型，我們認為建筑材料是特定的非飽和多孔介質，其中的水分以液態和氣態存在，只有一些傳遞過程是相關的。EN 15026標準中涉及到的建筑材料考慮到了水分傳輸現象，詳細內容請參看參考文獻 1。
由規范建立的傳遞方程作為標準，考慮了液體通過毛細力的運輸、蒸汽壓力梯度導致的蒸汽擴散以及水分儲存。
我們通過在傳熱方程中加入以下通量來模擬蒸汽冷凝導致的潛熱效應。
此外，還評估了熱性能對濕度的依賴性。
您可以在傳熱模塊用戶手冊 中找到有關建筑材料中水分傳遞方程的詳細信息。
COMSOL 軟件傳熱模塊的熱濕傳遞接口增加了：
熱濕耦合節點
建筑材料傳熱接口
建筑材料中的水分輸送接口
用于傳熱的建筑材料特征
用于水分傳輸的建筑材料特征
薄防潮層特征，用于模擬防潮層
最后，通過傳熱接口的建筑材料特征，將由蒸發引起的潛熱源加入傳熱方程。
選擇建筑材料中的傳熱接口時的模型樹和后續子節點，以及 建筑材料特征的設置窗口。
非飽和多孔介質中的熱濕傳遞耦合建模
模擬非飽和多孔介質中的熱濕傳遞，對于分析例如制藥業的高分子材料、電纜保護層和食品干燥過程等應用非常重要。
對于這些應用，可能沒有唯象模型，如上面介紹的建筑材料模型。然而，通過考慮每個相（固體、液體和氣體）的熱量和水分的守恒，以及不同相的體積平均，我們可以得出一個機理模型。
為了計算水分分布，我們求解了多孔介質中的兩相流問題。求解了兩個傳輸方程：一個是蒸汽，一個是液態水。
展開 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 在微納尺度傳熱、熱輻射與超材料能源器件、多孔介質傳熱、先進儲能等領域進行了系統而深入的研究，在Nature Materials、Physical Review Letters、Energy and Environmental Sciences、Nano Letters、Advanced Materials、Int. J. of Heat and Mass Transfer等國際期刊發表學術論文260余篇，引用逾15000次，自2014年以來每年均入選中國高被引學者，獲ASME國際微納尺度傳熱傳質大會最佳論文獎一等獎（2次）、中國百篇最具影響國際學術論文、上海市自然科學獎一等獎（排1）。授權發明專利 40 余項，擔任國際傳熱傳質中心科學理事會理事、亞洲熱科學聯合會（AUTSE）Fellow及執行理事、中國工程熱物理學會傳熱傳質分會副主任等。擔任國際傳熱領域權威獎項Nukiyama Memorial Award評獎委員會委員，國際期刊Carbon Neutrality主編、Therm. Science and Eng. Prog.副主編及多個國際期刊編委。
趙長穎教授長期主要從事微納尺度熱輻射、多孔介質傳熱、高效儲熱等研究領域的研究。
榮譽獎勵：
上海市自然科學一等獎 2020
第六屆國際微納尺度傳熱傳質大會”最佳論文獎，2019
（Best Paper Award，The 6th ASME Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference，2019）
上海交大機動學院首屆育棟梁名師，2019.
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多孔結構傳熱模擬涉及對多孔介質內部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優化材料設計、提高能源效率以及解決環境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內建立全連通多孔結構幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結構的傳熱仿真模擬。
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裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質注入流體引起天然裂隙，巖石產生新損傷的數值模擬，內含MATLAB 網裂縫函數及comsol模型。
</p><p>Comsol軟件作為一款多物理場耦合仿真軟件，在仿真工作中，其內置的達西定律、自由和多孔介質流、多孔介質傳熱、固體力學等物理場可以表述其過程，從而達到仿真的目的。</p><p>本課程主要內容為：</p><p>1.利用流熱固多物理場耦合仿真瓦斯抽采問題；</p><p>2.利用參數化掃描功能研究不同滲透率、負壓、溫度、時間等多工況下的變化。
水驅油是一種在石油開采中常用的提高原油采收率的技術，其原理是通過向油藏中注入水，利用水的壓力將原油從地下巖石的孔隙中推向生產井，從而實現原油的開采。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
奧地利學者Terzaghi在1923年發現土的變形不是由總應力決定的，而是取決于土體中的有效應力。
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：
01 配置COMSOL with MATLAB 路徑
軟件在安裝的過程中可以配置COMSOL with Matlab。安裝到此路徑時將MATLAB對應的安裝包路徑粘貼進去即可。
圖 1 軟件安裝路徑配置
02 啟動COMSOL with MATLAB
安裝完成后，桌面會顯示COMSOL with Matlab圖標，雙擊圖標，會啟動MATLAB進行調用。
1. 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
985碩士研究生畢業，主要從事comsol數值仿真工作，研究方向包括：多孔介質傳熱、裂隙巖體滲流傳熱、固體傳熱、湍流傳熱、非等溫管道流傳熱、熱固耦合等方向?？商峁┠Ｐ驼{試，咨詢，論文指導，論文寫作等服務。
