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一、概 要1）案例描述本案例針對某種多孔介質歧管，采用多孔介質模型、對流換熱壁面和湍流模型對歧管進行流動傳熱仿真，案例最后可以看到歧管的壓力和溫度分布情況。2）網格采用非結構四面體為主的網格，網格數67萬。

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。

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。

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。

ZHOU等[11]利用多孔介質模型模擬了換熱器的阻力特性。Du等[12]利用多孔介質模型簡化了具有交錯齒的板翅式換熱器內部流道。第三種方法是換熱器的多尺度等效，同時具有微觀翅片參數和宏觀性能參數[13]。蘇峰華等[14]通過微尺度單元模擬分析和全尺寸模型分析了整體傳熱性能。HUANG等[15]通過使用多尺度多孔介質模型提高了模擬的準確性。

我們可以使用 COMSOL 軟件中的傳熱模塊的多孔介質傳熱 接口和化學反應工程模塊的稀物質傳遞 接口中實現這些方程。為了將多孔介質中的多相流動與蒸發過程結合起來，這個過程需要一些步驟。結束語在這篇文章中，我們討論了使用 COMSOL? 軟件對多孔介質中的熱濕傳遞進行建模的功能。

涉及電磁、結構&聲學、流體&傳熱、化工等四個大專項，下含結構力學模塊、巖體力學模塊、多孔介質流模塊、地下水流模塊、管道流模塊、波動光學模塊、射線光學模塊、等離子體模塊、半導體模塊等36個模。內置耦合物理場外，還可自定義物理場方程以進行多物理場耦合分析[2,3]。流固耦合理論及控制方程[4]一般固體變形控制方程主要由三個方程構成：應力平衡方程、幾何變形方程、本構方程。

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，

研究表明，渦旋強化傳熱的程度與雷諾數有關。在一定的熱源溫度下，對流換熱系數隨著Re值而增加，且將達到某一個最大值然后下降。在應用上應控制實際的Re值接近于使對流換熱系數達最大時的臨界Re值，以充分利用旋轉流動的效果。除了流體轉動外，也有傳熱面轉動的情況，當管道繞不同軸線旋轉時利用其離心力、切應力、重力和浮力等所產生的二次環流可促使傳熱強化。管道旋轉對層流放熱的強化效果顯著，而湍流時效果不明顯。

研究表明，渦旋強化傳熱的程度與雷諾數有關。在一定的熱源溫度下，對流換熱系數隨著Re值而增加，且將達到某一個最大值然后下降。在應用上應控制實際的Re值接近于使對流換熱系數達最大時的臨界Re值，以充分利用旋轉流動的效果。除了流體轉動外，也有傳熱面轉動的情況，當管道繞不同軸線旋轉時利用其離心力、切應力、重力和浮力等所產生的二次環流可促使傳熱強化。管道旋轉對層流放熱的強化效果顯著，而湍流時效果不明顯。

但若為各向異性，則方向1矢量表示多孔介質的第一個主方向為x方向，方向2矢量表示多孔介質的第二個主方向為y方向，第三個方向與這兩個方向垂直，不必指定。

本文我們從微觀和宏觀層面研究了多孔介質中的流動，并表明了：在各自的適用領域，使用宏觀方法可以得到非常好的近似值。多孔微通道散熱器的優化模型就是使用 Forchheimer 方程模擬的一個工業應用例子。在討論了通過多孔介質的流動之后，接下來的文章我們將討論多孔介質中的傳熱，敬請期待！

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

，通過多孔介質模型可大大降低原始多孔部件對網格的質量和網格數量的嚴格要求，可以大幅減少計算量，加速仿真進程。

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！

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。

</p><p><strong>微尺度效應：</strong>部分熱管內部結構具有微觀特征，如微槽、多孔介質等，這類微尺度效應對傳熱有顯著影響，但建模難度較大。</p><p><strong>數值計算挑戰：</strong>求解涉及非線性方程組的穩定性、收斂性和計算資源需求較高，特別是在處理大規模三維模型時。