Model Mass, Momentum, and Energy
Transport in Porous Media with the Porous Media Flow


Optimize a Variety of Industrial Processes

Porous Media Flow Module을 사용하여 제약, 생물 의학, 식품 및 기타 산업에서 발견되는 프로세스를 분석하고 최적화할 수 있습니다. 가변 포화 다공성 매체 유동을 포함하여 Darcy의 법칙을 사용해서 다공성 매체의 운송 현상을 모델링합니다. 보다 복잡한 모델에는 Brinkman 방정식을 사용한 빠른 유동, 다상 운송, 틈 흐름 또는 non-Darcian 유동이 포함됩니다. 가장 사실적이고 정확한 모델의 경우, 다중 물리 기능에는 다공성 매체의 비등온 유동, 다성분 시스템의 유효 특성, 다공성 및 수분 및 화학 종의 운송이 포함됩니다.


What You Can Model with the Porous Media Flow Module

농업, 화학, 토목 및 원자력 엔지니어 및 과학자들은 다공성 매체에서 서로 다른 유형의 공정을 시뮬레이션해야 하므로, Porous Media Flow Module은 이 영역에서 포괄적인 모델링 도구를 제공합니다. 이 도구는 물리 인터페이스에 통합되어 있으며, 모델링하는 물리 유형에 따른 방정식을 자동으로 설정하고 해결합니다..

Slow Flow in Porous Media


Darcy의 법칙은 주로 압력 구배에 의해 구동되는 완전히 포화된 다공성 매질에서 간극을 통한 유체 이동을 묘사하며, 유체의 전단 응력으로 인한 운동량의 전달은 무시할 수 있습니다. Darcy ‘s Law 인터페이스는 압력을 계산하고, 그 다음 압력 구배, 유체 점도 및 투과성에 의해 속도장이 결정됩니다.



Fast Flow in Porous Media


Brinkman 방정식은 유동 속도, 압력 및 중력에 의한 운동 에너지를 갖는, 다공성 매체에서 빠르게 움직이는 유체를 묘사합니다. Brinkman Equations 인터페이스는 Navier-Stokes 방정식과 유사한 점성 전단력으로 운동 에너지의 소산을 계산하기 위해 Darcy의 법칙을 일반화합니다.


Variably Saturated Porous Media Flow

Richards 방정식은 유체가 다공성 매질을 통해 이동하여 일부 기공을 채우고 비우는 것에 따라 유압 특성의 변화를 설명하는, 부분 포화된 다공성 매체에서의 물의 움직임을 설명합니다. Richards’ Equation 인터페이스에는 van Genuchten 또는 Brooks–Corey 모델과 같은 유체 잔류 모델이 포함되어 있습니다. Darcy ‘s Law 인터페이스와 유사하게 압력만 계산됩니다. Richards 방정식은 유압 특성이 포화도에 따라 다르기 때문에 비선형이므로 해석 소프트웨어 없이 해결하기가 어려울 수 있습니다.


Fracture Flow

다공성 매질 내의 균열은 다공성 매트릭스을 통한 유동 특성에 영향을 미칩니다. Fracture Flow 인터페이스는 사용자가 정의한 공극을 기준으로 3D 매트릭스 내의 내부 (2D) 경계에 대한 압력을 계산합니다. 계산된 압력은 주변 매트릭스의 다공성 매질 흐름을 설명하는 물리 인터페이스에 자동으로 연동되며, 이러한 근사는 해석 시간 및 균열의 메시에 대한 리소스를 절약합니다.

Heat and Moisture Transport


종이, 목재 및 기타 다공성 물질의 열 및 습기 관리는 건축 구성 요소 및 소비자 포장의 설계에 필수적입니다. Laminar Heat and Moisture Flow 다중 물리 인터페이스는 유체 특성이 수증기 농도에 따라 달라질 수 있는 열 전달 및 수분 전달을 시뮬레이션하는데 사용됩니다.
또한 표면의 수분 응축 및 증발을 분석하는 도구와 열 및 습기 저장, 잠열 효과, 수분 확산 및 운반을 분석하는 특수 기능이 있습니다.

Heat Transfer in Porous Media


다공성 매체에서의 열전달은 전도, 대류 및 분산을 통해 발생합니다. 분산은 다공성 매질에서 액체의 구불구불한 경로에 의해 발생하며, 이는 평균 대류 항만 고려 된 경우 설명할 수 없습니다. 대부분의 경우, 고체상은 전도성이 다른 여러 재료로 구성될 수 있으며, 여러 가지 다른 유체가 있을 수도 있습니다. Heat Transfer in Porous Media 인터페이스는 이러한 요소를 자동으로 설명하며, 효과적인 열 전달 특성을 계산하기 위한 혼합 규칙이 제공됩니다.
국소 열 비평형을 모델링하기 위해 내장된 다중 물리 인터페이스(동일한 이름)를 사용할 수 있습니다. 이 인터페이스는 공극이 있는 유체-고체 인터페이스의 열 전달을 설명하기 위해 공극에서의 유체 및 다공성 매트릭스의 온도장에 대해 별도의 방정식을 구현합니다.

Multiphase Flow in Porous Media


상이동 기능은 Darcy ‘s Law 인터페이스와 연동하여 임의의 수의 위상으로 다공성 매체의 다상 흐름을 시뮬레이션할 수 있습니다. 사용자는 상대 투과성 및 상 사이의 모세관 압력과 같은 다공성 매체 특성을 지정할 수 있습니다. 이러한 특성은 Phase Transport in Porous Media 인터페이스를 Darcy ‘s Law 인터페이스에 연결하는 다중 물리 연동으로 상간에 서로 전달됩니다.

Non-Darcian Flow


Darcy 법칙과 Darcy 법칙의 Brinkman 수정식은 기공의 간극 속도가 크리핑 유동 근사치를 유지할 수 있을 정도로 낮은 경우에만 적용됩니다. 더 큰 간극 속도를 위해, 추가 비선형 보정이 운동량 방정식에 포함될 수 있습니다. Darcy ‘s Law 와 Brinkman Equations 인터페이스에는 침투성 모델, Brinkman Equations 인터페이스의 Forchheimer 및 Ergun 모델, Darcy’s Law 및 Multiphase Flow in Porous Media인터페이스의 Forchheimer, Ergun, Burke-Plummer 및 Klinkenberg 모델에 대한 non-Darician 옵션이 포함됩니다.

Poroelasticity


Darcy 법칙의 과도 공식과 다공성 매트릭스의 선형 탄성 재료 모델을 결합한, 공탄성(poroelasticity)을 위한 전용 물리 인터페이스를 사용하여 압축 및 팽창을 모델링할 수 있습니다. 유체 흐름은 다공성 매체의 압축성에 영향을 미치는 반면, 체적 변형에 대한 변화는 운동량, 재료 및 열 전달에 영향을 미칩니다. 이러한 효과를 이용하기 위해, Poroelasticity 다중 물리 인터페이스는 체적 변형의 함수로써 응력 텐서의 표현과 Biot-Willis 계수를 포함합니다.

Laminar and Creeping Flow


유연성을 극대화하기 위해 Porous Media Flow Module에는 다공성 매체뿐만 아니라 자유 매체의 흐름을 시뮬레이션하는 기능이 포함되어 있습니다. Laminar Flow 및 Creeping Flow 인터페이스를 사용하면 상대적으로 낮은 레이놀즈 수에서 과도 및 정상 유량을 모델링할 수 있습니다. 유체 점도는 국부 조성 및 온도, 또는 유체 유동과 조합하여 모델링된 임의의 다른 필드에 영향을 받을 수 있습니다.
CFD Module과 결합하면 Power Law, Carreau 및 Bingham과 같은 비 뉴턴 유체를 포함 할 수 있습니다. 일반적으로 밀도, 점도 및 운동량 소스는 온도, 구성, 전단 속도 및 기타 종속 변수뿐만 아니라 종속 변수의 파생 변수의 임의 함수일 수 있습니다.

Transport of Chemical Species in Porous Media and Fractures


COMSOL Multiphysics® 시뮬레이션 소프트웨어에는 다수의 화학종 대류, 확산, 흡착 및 휘발을 통해 희석된 용액 또는 혼합물로 재료 수송을 정의하는 직관적인 기능이 포함되어 있습니다. 이들은 가역, 비가역, 평형 반응반응 정의에 쉽게 연결됩니다. Porous Media Flow Module을 사용하면 이 기능을 다공성 매체 및 균열로 확장할 수 있습니다.







얼음과 물 사이의 상 변화를 포함하는 다공성 매체 내 얼음 블록의 용융 공정. 결과는 수로를 통한 속도 유선, 9시간 후 얼음 블록의 크기(흰색 표면) 및 물의 온도(등위면)를 보여줍니다.


활성탄이 함유 된 세라믹 정수 필터에서의 오염 물질 이동. 왼쪽 필터는 손상되지 않았고 오른쪽 필터는 균열이 있습니다 (자홍색 조각)


이 모델은 충전층 잠열 저장 탱크를 통한 유동을 분석하며, non-Darcian 유동을 기반으로 합니다. 상변화와 국소 열 비평형에 따른 열 전달 효과가 포함됩니다.


전자 냉각에 사용되는 다공성 미세 채널 방열판(MCHS)의 최적화 설계. 유동 채널을 따라 다공성 물질을 사용하면 열전달 표면적을 증가시킴으로써 냉각 성능을 향상시킬 수 있습니다.


마른 종이 조각이 유체와 접촉 할 때 모세관 힘으로 인해 유체가 흡수되는 현상을 보여주는 모델. 중력과 모세관 힘이 균형을 이룰 때까지 흡수가 계속됩니다


다공성 구조의 단위 셀을 통해 흐르는 크리핑 유동(Creeping flow). 유체 흐름 결과는 펠렛 베드(pellet bed) 반응기와 같이 거시적 규모의 다공성 매체 모델에 대한 입력으로 사용됩니다.