Model Mass, Momentum, and Energy Transport in Porous Media
가장 현실적이고 정확한 모델의 경우, 다중 물리 기능에는 다공성 매질에서의 비등온 유동, 다성분 시스템의 유효 특성, 공극탄성, 수분 및 화학 종의 수송이 포함됩니다.
향상된 다공성 매질 모델링의 필요성은 예를 들어 제약 및 식품 산업을 비롯한 많은 산업 및 응용 분야에 걸쳐 있습니다. Porous Media Flow 모듈은 농업, 화학, 토목 및 원자력 공학과 과학 등의 다양한 산업 분야에서의 다공성 매질 흐름을 분석하고, 설계 및 공정을 최적화할 수 있도록 도와줍니다.
시뮬레이션은 나노 물질, 다공성 반응기, 전자 부품 냉각 및 대규모 지반 공학 응용 분야를 모델링할 때, 수송 과정에 대한 다공성 매체의 영향을 포착하는 데 사용할 수 있습니다. COMSOL Multiphysics®는 물리 인터페이스에 들어있는 포괄적인 모델링 도구를 제공합니다. 이 도구는 모델링하는 다공성 매체 흐름 유형에 특정한 방정식을 자동으로 설정하고 해결합니다.
얼음과 물 사이의 상변화를 포함하는 다공성 매질 내에서 얼음 블록의 용융 과정. 결과는 채널을 지나는 속도 유선, 9시간 이후 시점에서의 얼음 블록 크기(흰색 표면) 및 물의 온도(등고면)를 보여줍니다.
지열 이중선의 균열을 통해 물이 흐를 때 다공성 매체 내에서의 열 전달 모델.
다공성 패드와 멤브레인이 있는 빠른 감지 테스트에서 액체 샘플을 퍼뜨립니다. 다공성 구조는 샘플 액체가 패드의 너비를 따라 고르게 분포되도록 합니다.
미세한 기공 규모 구조에서의 흐름.Porous Media Flow 모듈은 다공성 매질에서의 다양한 프로세스를 설명하도록 맞춤화된 특수 기능을 제공합니다.
Darcy의 법칙은 주로 압력 구배에 의해 구동되는 완전히 포화된 다공성 매질의 틈새를 통한 유체의 이동을 묘사하며, 유체의 전단 응력으로 인한 운동량 전달은 무시됩니다. Darcy’s Law 인터페이스는 압력을 계산하고, 속도 장은 압력 구배, 유체 점도 및 투과율에 의해 결정됩니다. Layered Darcy’s Law 인터페이스는 판지, 복합 재료 또는 합판과 같은 적층 다공질 매질의 틈새를 통한 유체 흐름을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다.
Layered Darcy’s Law 인터페이스로 모델링된 얇은 다공성 층에서의 압력 분포.Brinkman 방정식은 유체 속도, 압력 및 흐름을 구동하는 중력의 운동 잠재력과 함께 다공성 매체에서 빠르게 움직이는 유체를 고려합니다. Brinkman 방정식 인터페이스는 Navier-Stokes 방정식과 유사하게 점성 전단에 의한 운동 에너지 소산을 계산하기 위해 Darcy의 법칙을 일반화합니다.
다공성 매질에서 대류와 전도를 모델링하는데 사용되는 Brinkman Equations 인터페이스.Richards 방정식은 유체가 다공성 매질을 통해 이동하여 일부 기공을 채우고 다른 기공을 배수할 때 수력학적 특성 변화를 설명하는 부분적으로 포화된 다공성 매체 내에서 물의 이동을 묘사합니다. Richards’ Equation 인터페이스에는 van Genuchten 또는 Brooks-Corey 모델과 같이 선택할 수 있는 내장된 유체 잔류 모델이 포함되어 있습니다. Darcy’s Law 인터페이스와 유사하게 압력만 계산됩니다. Richards 방정식은 수력학적 특성이 포화도에 따라 변하기 때문에 비선형적이며, 계산 소프트웨어 없이 해결하기 어려울 수 있습니다.
유체 흐름에 대해 Richards’ Equation 인터페이스를 사용하는 측면 흐름 분석(lateral flow assay, LFA)을 기반으로 하는 빠른 감지 테스트입니다.Darcy의 법칙과 Darcy의 법칙에 대한 Brinkman의 수정은 기공의 간극 속도가 크리핑(creeping) 흐름 근사가 유지될 만큼 충분히 낮을 때만 적용됩니다. 더 높은 틈새 속도의 경우 운동량 방정식에 추가 비선형 보정이 포함될 수 있습니다. Darcy’s Law 및 Brinkman Equations 인터페이스에는 투과성 모델에 대한 non-Darcian 옵션, Brinkman Equations 인터페이스에 대한 Forchheimer 및 Ergun 모델, Darcy’s Law 및 Multiphase Flow in Porous Media 에 대한 Forchheimer, Ergun, Burke-Plummer 및 Klinkenberg 모델이 포함됩니다.
이 모델은 non-Darcian 흐름을 기반으로하는 충전층 잠열 저장 탱크를 지나는 흐름을 분석합니다. 여기에는 상변화와 국소적 열적 비평형을 통한 열 전달 효과가 포함됩니다.다공성 매질 내의 균열은 다공성 매트릭스를 통과하는 흐름 특성에 영향을 미칩니다. Fracture Flow 인터페이스는 사용자 정의 공간(aperture)을 기반으로 3D 매트릭스 내의 내부(2D) 경계에 대한 압력을 해결합니다. 계산된 압력은 주변 매트릭스의 다공성 매질 흐름을 설명하는 물리식에 자동으로 연결되며, 이 근사값으로 인해 균열을 메시화하는데 관련된 계산 리소스와 시간이 절약됩니다.
Fracture Flow 인터페이스는 다공성 또는 고체 매질 내의 균열을 나타내는 내부 경계를 따라 흐름을 정의하는 Darcy의 법칙의 변형입니다. 이 모델은 활성탄 코어가 있는 세라믹 정수 필터 캔들(candle)를 통한 다양한 오염 물질의 이동을 보여주고 세라믹 부품의 작은 균열의 영향도 조사합니다.다공성 매체의 열 전달은 전도, 대류 및 분산(dispersion)을 통해 발생합니다. 분산은 다공성 매질에서 액체의 구불구불한 경로로 인해 발생하며, 이는 평균 대류 항만 고려하면 설명되지 않습니다. 많은 경우에 고체상은 전도도가 다른 여러 물질로 구성될 수 있으며, 또한 다양한 유체가 존재 할 수도 있습니다. Heat Transfer in Porous Media 인터페이스는 이러한 요인들을 자동으로 고려하고, 효과적인 열 전달 특성을 계산하기 위한 혼합 법칙이 제공됩니다.
국소 열적 비평형을 모델링하기 위해 유체 및 다공성 매트릭스 온도 장에 대한 개별 방정식들을 연계하여, 기공의 유체-고체 계면에서의 열 전달을 설명하는 내장된 기술을 사용할 수 있습니다.
전자 냉각에 사용되는 다공성 마이크로채널 방열판(MCHS). 유동 채널을 따라 다공성 물질을 사용하면 열 전달 표면적을 증가시켜 냉각을 향상시킬 수 있습니다.상 수송 기능을 Darcy’s Law 인터페이스와 결합하여 임의 개수의 상을 가진 다공성 매체 내에서의 다상 흐름을 시뮬레이션할 수 있습니다. 상 사이의 상대 투과율 및 모세관 압력과 같은 다공성 매체 속성을 지정할 수 있습니다. 이러한 속성은 Phase Transport in Porous Media 인터페이스를 Darcy’s Law 인터페이스에 연동하는 다중물리 결합을 통해 위상 간에 전달됩니다.
Multiphase Flow in Porous Media 다중물리 연동은 투과율이 낮은 렌즈를 포함하는 다공성 매질에서 2상 유동을 설명하기 위해 사용되었습니다. 이 연동을 사용하면 다공성 매질에서 다상 유체의 흐름 및 수송을 보다 빠르게 시뮬레이션할 수 있습니다.종이, 목재 및 기타 다공성 물질에서의 열 및 습기 관리는 건축 구성 요소 및 소비재 포장 디자인에 매우 중요합니다. Heat and Moisture Flow 다중물리 인터페이스는 유체 속성이 증기 농도에 따라 달라질 수 있는 열 전달 및 수분 전달을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.
또한 표면의 수분 응축 및 증발을 분석하는 도구와 열 및 수분 저장, 잠열 효과, 수분 확산 및 수송을 분석하기 위해 특화된 기능이 있습니다.
Heat and Moisture 다중물리 연동은 다양한 흡습성 재료로 구성된 목재 프레임 벽에서 열전달 및 수분 수송을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 이 연동은 열 및 수분 저장, 잠열 효과 및 액체 그리고 수분의 대류 이동을 고려합니다.압축 및 팽창(Compaction and swelling)은 Darcy의 법칙의 과도 공식과 다공성 매트릭스의 선형 탄성 물성 모델을 결합한 공극탄성을 위한 전용 물리 인터페이스로 모델링할 수 있습니다. 유체 흐름은 다공성 매체의 압축성에 영향을 미치고, 체적 변형률의 변화는 차례로 운동량, 물성 및 열전달에 영향을 미칩니다. 이러한 효과를 사용하기 위해 Poroelasticity 다중물리 인터페이스는 체적 변형률의 함수로 응력 텐서의 표현과 Biot-Willis 계수를 포함합니다.
한 레이어마다 다른 재료 속성을 갖는 다층 도메인(판지, 복합 재료 등)의 모델링을 가능하게 하는 Poroelasticity, Layered Shell 다중물리 인터페이스도 사용할 수 있습니다.
Poroelasticity 다중물리 커플링은 공극탄성 변형을 설명하기 위해 Solid Mechanics와 Darcy’s Law를 결합합니다. 다자간 유정의 이 모델은 펌핑이 시작될 때 유체 압력의 변화로 인해 발생하는 탄성 변위에 초점을 맞춥니다.최대의 유연성을 위해 Porous Media Flow 모듈에는 자유 매체와 다공성 매체의 흐름을 시뮬레이션하는 기능이 포함되어 있습니다. Laminar Flow 및 Creeping Flow 인터페이스를 사용하면 상대적으로 낮은 레이놀즈 수에서 과도 및 정상 흐름을 모델링할 수 있습니다. 유체 점도는 국소적인 구성 및 온도 또는 유체 흐름과 함께 모델링되는 기타 필드에 따라 달라질 수 있습니다.
다공성 구조의 단위 셀을 통한 크리핑(creeping) 흐름. 유체 흐름 결과는 펠릿 베드 반응기에서와 같이 거시적 규모의 다공성 매질 모델에 대한 입력으로 사용됩니다.COMSOL Multiphysics® 시뮬레이션 소프트웨어에는 임의의 수의 화학 종의 대류, 확산, 분산, 흡착 및 휘발을 통해 희석 용액 또는 혼합물에서 물질 이동을 정의하기 위한 직관적인 기능이 포함되어 있습니다. 이것은 Porous Media Flow 모듈과 Chemical Reaction Engineering 모듈을 결합하여 가역, 비가역 및 평형 반응 역학의 정의에 쉽게 연결됩니다. Porous Media Flow 모듈을 사용하면 이 기능을 다공성 미디어 및 균열로 확장할 수 있습니다.
Transport of Diluted Species in Porous Media 인터페이스는 자유 및 다공성 매질에서 종 농도 및 수송을 계산하는 데 사용할 수 있습니다. Transport Properties 설정에는 확산 계수 및 대류와 같은 모델 입력을 지정하는 기능이 포함됩니다.Porous Media Flow 모듈을 CFD 모듈 또는 Polymer Flow 모듈과 결합할 때 Power Law, Carreau 및 Bingham과 같은 비 뉴턴 유체를 포함할 수 있습니다. 일반적으로 밀도, 점도 및 운동량 소스는 온도, 성분, 전단 속도 및 기타 종속 변수의 임의의 함수일 수 있으며, 종속 변수의 파생 값이 될 수 있습니다.
또한 CFD 모듈을 사용하면 다공성 매체의 빠른 흐름과 자유 난류 유동을 결합할 수 있습니다.
다공성 매질 내에서 난류를 모델링하는 두 개의 Forchheimer 매개변수 항에 대한 속도 크기.
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7구조 해석 분야 모델링 교육 2020년 12월 7일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
8구조 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 8일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
9음향 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 9일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
10RF/Optics 해석분야 모델링교육2020년 12월 10일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
11Equation Based(PDE) 모델링 교육2020년 12월 11일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
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14배터리 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 14일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
15도금/부식 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 15일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
16플라즈마 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 16일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시00분까지 |
17플라즈마 해석 분야 모델링 교육2020년 12월 17일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시00분까지 |
18Application Builder 모델링 교육2020년 12월 18일N/A COMSOL Multiphysics V5.5 교육시간 : 오전9시30분 ~ 오후5시30분까지 |
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