多孔介質(zhì)流動模擬
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
多孔介質(zhì)流動模擬的視頻教程
I_10多孔介質(zhì)：各向異性介質(zhì)《STAR CCM+官方案例視頻教程》
STAR CCM+官方案例視頻教程系列之I不可壓縮流_10多孔阻力：正交各向異性介質(zhì) 涉及主要知識點： 1）各項異性多孔介質(zhì)介紹； 2）有關STAR CCM+的慣性阻力和粘性阻力系數(shù)設置請見上節(jié)課“多孔阻力：各向同性介質(zhì)”； 3）STAR CCM+強大的復制粘貼功能介紹； 4）1個窗口中并列顯示2個云圖對比分析。
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I-09多孔介質(zhì)：各向同性介質(zhì)《STAR CCM+官方案例視頻教程》
STAR CCM+官方案例視頻教程系列之不可壓縮流_09多孔阻力：各向同性介質(zhì) 涉及主要知識點： 1）多孔介質(zhì)介紹； 2）STAR CCM+的慣性阻力和粘性阻力系數(shù)設置； 2）網(wǎng)格縮放； 3）創(chuàng)建壓降監(jiān)控曲線。
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多孔介質(zhì)流動模擬的實例教程
10 Modeling-Flow-Through-Porous-Media.pdf
如文檔介紹
案例文件：
10 Modeling-Flow-Through-Porous-Media.zip
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從大規(guī)模的地質(zhì)區(qū)域到納米尺度的結(jié)構(gòu)，多孔材料的流動發(fā)生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經(jīng)涵蓋了許多應用，但是在工業(yè)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(jié)果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質(zhì)中可能出現(xiàn)的不同流動狀態(tài)，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質(zhì)中的流動
為了更深入地理解流經(jīng)多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(qū)域，也包含根本不發(fā)生流動的區(qū)域。即使結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，當放大另一個位置的相同多孔結(jié)構(gòu)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(jié)內(nèi)容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數(shù)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(zhì)的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 從大規(guī)模的地質(zhì)區(qū)域到納米尺度的結(jié)構(gòu)，多孔材料的流動發(fā)生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經(jīng)涵蓋了許多應用，但是在工業(yè)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(jié)果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質(zhì)中可能出現(xiàn)的不同流動狀態(tài)，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質(zhì)中的流動
為了更深入地理解流經(jīng)多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(qū)域，也包含根本不發(fā)生流動的區(qū)域。即使結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，當放大另一個位置的相同多孔結(jié)構(gòu)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(jié)內(nèi)容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數(shù)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(zhì)的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 ABAQUS有限元軟件 soil模塊可模擬計算多孔介質(zhì)中流體流動這種滲流應力耦合問題，其是通過將介質(zhì)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(zhì)進行建模。提供的多孔介質(zhì)模型考慮介質(zhì)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(zhì)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(zhì)、一定量的孔隙和一定體積的潤濕液體構(gòu)成，如果被壓差驅(qū)動則可以自由地通過介質(zhì)。ABAQUS軟件就是通過將有限元網(wǎng)格附著到固相來模擬多孔介質(zhì)，流體可以流過這個網(wǎng)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(zhì)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(shù)，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(jié)
（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 圖5-3 結(jié)果更新
4）可視化結(jié)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(shù)，設置等級參數(shù)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(jīng)過多孔介質(zhì)區(qū)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(shù)，設置等級參數(shù)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(zhì)域內(nèi)溫度逐漸降低，隨后流體流出多孔介質(zhì)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(zhì)域內(nèi)速度較低，在歧管內(nèi)徑較小處速度最高。
圖5-6 流線圖
展開 
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船舶螺旋槳流動模擬5個月前
船舶螺旋槳流動模擬Flow-Simulation-Ship-Propeller.cfx
船舶需要推力才能前進，這可以通過旋轉(zhuǎn)船體后方的螺旋槳產(chǎn)生。傳統(tǒng)上，預測螺旋槳推力和扭矩需要進行模型試驗，但這耗時費力，需要人力和空間，而且成本高昂。相比之下，流體動力學設計可以采用流體動力學模擬，因為它能相對節(jié)省時間、人力和空間。本文模擬了船舶螺旋槳周圍的流體動力學流動
多孔介質(zhì)無法模擬流動細節(jié)，但能相當準確地模擬整體流動特征。比如計算總流阻、計算總換熱量，用微觀細節(jié)的犧牲換宏觀尺度的快速求解。
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機械組件噴氣發(fā)動機的流動模擬10個月前
機械組件噴氣發(fā)動機的流動模擬
flow simulation.mp4
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調(diào)控孔隙率，實現(xiàn)力學性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對應力場及失效機制的影響，突破傳統(tǒng)試驗限制，優(yōu)化設計。該研究對航空熱防護及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價值。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對梯度結(jié)構(gòu)模型進行軸心受壓力學仿真模擬。
三維梯度多孔結(jié)構(gòu)（FGM）是一種孔隙率、孔徑等參數(shù)在三維空間內(nèi)呈梯度分布的多孔材料。梯度孔隙結(jié)構(gòu)的研究可優(yōu)化傳熱傳質(zhì)效率，調(diào)控流動路徑，提升能源存儲與材料性能，為復雜系統(tǒng)設計提供關鍵理論支持。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立三維球體梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型，并進行滲流仿真模擬。
梯度多孔介質(zhì)FGM模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型在AutoCAD
基于粗糙度表面的裂隙流研究對于理解地下水的流動、污染物傳輸以及與之相關的地質(zhì)災害（如滑坡）等方面具有重要意義。本研究通過蒙特卡洛方法生成隨機表面形貌，并利用COMSOL Multiphysics對隨機參數(shù)化表面的微尺度流體流動進行模擬。
參數(shù)化表面模型采用CAD隨機粗糙度表面插件建立，插件可設置不同的表面起伏形態(tài)，以匹配相應的地形或研究不同表面參數(shù)下的流動特性
多孔介質(zhì)中的自然對流和傳熱研究在地熱系統(tǒng)、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(zhì)幾何模型并模擬其內(nèi)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(zhì)幾何結(jié)構(gòu)，并在AutoCAD中僅保留含曲邊孔隙圖層的內(nèi)容后導出為dxf格式文件
多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬涉及對多孔介質(zhì)內(nèi)部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優(yōu)化材料設計、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件隨機生成png格式的圖片
關鍵詞：Materials Studio，分子動力學模擬，均方位移，擴散系數(shù)
內(nèi)容摘要：
? 腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)過程中一個極為突出的問題，造成了巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。在眾多的防腐蝕措施之中，添加緩蝕劑是廣泛采用的方法之一。
? 常用的緩蝕劑主要為吸附型緩蝕劑，它可穩(wěn)定吸附在金屬表面并在金屬表面形成致密的保護膜，阻礙腐蝕介質(zhì)向金屬表面遷移擴散，以達到抑制或延緩腐蝕的目的。
計算方法：
