COMSOL Multiphysics® 5.3

Release Highlights

Chemical Reaction Engineering Module Updates

Chemical Reaction Engineering 모듈 사용자를 위해, COMSOL Multiphysics® 5.3 버전은 기체와 액체에서 반응과 유동을 연동할 수 있는 새로운 Reacting Flow in porous media, chemical species transport in fractures, charge separation with the Nernst-Planck equation and Poisson equation, electrophoretic flow 인터페이스를 지원합니다. Chemical Reaction Engineering 모듈에서 자세한 업데이트 내역은 계속 읽어보시길 바랍니다.

New Reacting Flow in Porous Media Interface


충전층 반응기, 관형 반응기, 그리고 다른 촉매 불균일 반응기 모델링은 상당히 새로운 Reacting Flow in Porous Media 다중물리 인터페이스로 간단히 됩니다. 이 기능은 별도의 인터페이스를 설정하거나 이들을 연동하지 않고도 다공성 매질 유동에 대한 화학종들의 확산, 대류, 전기영동, 그리고 반응을 정의합니다. 이 다중물리 인터페이스는 다공성 매질 유동과 희석 또는 농축된 화학 종의 전달현상이 있는 불균일 촉매 모델링에서 요구되는 물리현상 인터페이스들과 그것들의 연동을 자동적으로 조합합니다.

이 다중물리 인터페이스가 층류와 난류에 대해 비슷한 것을 보완하기 때문에, 사용자는 고려되는 물리 현상에 대해 새로운 인터페이스를 재정의하고 설정하지 않고도 다른 종류의 유동 모델에 대한 새로운 연동을 전환하거나 정의할 수 있습니다. 이 설정 창은 정의된 물성 또는 화학 반응속도의 어떤 손실 없이 화학종의 물질전달뿐만 아니라 모델링 하기 위한 유동 종류 선택을 지원하고 있습니다. 이것은 사용자가 다른 반응기 구조를 비교하고, 하나의 반응기에서 자유 흐름 및 다공성 매질, 심지어 두 영역이 연결된 흐름을 모델링 할 수 있음을 의미합니다. (이미지를 확인하세요.)

반응기의 다공성 촉매층을 통과하도록 하는 두번째 반응물을 포함한 자유 흐름으로 수직 관을 통해서 주입된 반응물의 농도 등고 표면을 보여주는 다공성 소형 반응기 모델. 이 모델은 새로운 Reacting Flow in Porous Media 다중물리 인터페이스로 완전히 정의 가능합니다.

반응기의 다공성 촉매층을 통과하도록 하는 두번째 반응물을 포함한 자유 흐름으로 수직 관을 통해서 주입된 반응물의 농도 등고 표면을 보여주는 다공성 소형 반응기 모델. 이 모델은 새로운 Reacting Flow in Porous Media 다중물리 인터페이스로 완전히 정의 가능합니다.


새로운 Reacting Flow in Porous Media 인터페이스에 대한 예제의 Application Library 경로 :

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Reactors_with_PorousCatalyst_porous_reactor

New Transport of Diluted Species in Fractures Interface


틈은 길이나 넓이 치수에 비교했을 때 매우 작은 두께를 갖습니다. 크기 치수의 큰 차이로 인한 종횡비 때문에, 틈 표면의 두께에 메시를 구성하는 과정에서 이러한 틈에서 화학종의 전달현상을 모델링 하는 것은 종종 어려움이 있습니다. 새로운 Transport of Diluted Species in Fractures 인터페이스는 표면 메시로써 횡 방향 치수로 메시된 쉘(Shell)로 틈을 처리합니다.

이 인터페이스는 다공성 구조물로 고려된 틈에서 공극률뿐만 아니라 평균 틈 두께를 정의할 수 있습니다. 화학종의 전달현상에 대해, 이 인터페이스는 공극률의 영향을 포함하기 위해 효과적인 확산의 정의를 지원합니다. 대류 전달현상은 Thin-Film flow 인터페이스를 연동하거나 또는 틈을 통과하는 유동흐름을 정의한 식을 포함을 통해 가능합니다. 추가로, 틈, 틈의 표면, 또는 틈을 포함하는 다공성 매질 발생하는 화학반응을 정의할 수 있습니다..

얇은 틈 곡면에 따른 희석용액의 전달현상. 곡면은 유동과 화학종의 전달현상이 발생하는 표면을 통한 각인된 비틀린 경로로 구성됩니다.

얇은 틈 곡면에 따른 희석용액의 전달현상. 곡면은 유동과 화학종의 전달현상이 발생하는 표면을 통한 각인된 비틀린 경로로 구성됩니다.



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Fracture Surfaces in the Transport of Diluted Species in Porous Media Interface

전달현상이 틈이 있는 다공성 3차원 구조물에서 발생하는 경우, 새로운 Fracture 경계 조건은 사용자가 3D 구조체로써 메시를 하지 않고 얇은 틈에서 전달현상을 모델링 하도록 지원합니다. Fracture 경계 조건은 Transport of Diluted Species in Porous Media 인터페이스에 포함되며 (그림을 확인하세요.), 그리고 Transport of Diluted Species in Fractures 인터페이스에서와 같은 설정을 갖습니다. (위에서 설명을 참고하세요.). 유동과 화학종 전달현상은 3차원 다공성 매질 구조물과 유동과 틈에서의 화학종 전달현상간에 완벽하게 연동됩니다.

아래 그림은 다공성 반응기 모델에서 농도 분포를 보여줍니다. 모델에서, 비틀어진 틈은 다공성 매질을 통한 전달현상보다 더 빠른속도에서 왼쪽으로부터 오른쪽으로 다공성 촉매로 더 깊게 반응물은 새어나갑니다. 이것은 더 높은 물질 전달 속도를 주는 주변 다공성 촉매와 비교하여 틈 표면이 더 높은 평균 공극률을 갖기 때문입니다.

틈 표면에서 표면 농도와 3차원 반응기를 통과하는 농도 등고선. 틈 표면에서 더 높은 물질 전달 속도는 촉매층으로 반응하지 않은 종의 더 큰 침투(오른쪽에서 왼쪽으로)를 제공합니다. 틈 표면에서 매우 적은 농도 변화(0.63부터 0.62 mol/m3까지)를 볼 수 있습니다.

틈 표면에서 표면 농도와 3차원 반응기를 통과하는 농도 등고선. 틈 표면에서 더 높은 물질 전달 속도는 촉매층으로 반응하지 않은 종의 더 큰 침투(오른쪽에서 왼쪽으로)를 제공합니다. 틈 표면에서 매우 적은 농도 변화(0.63부터 0.62 mol/m3까지)를 볼 수 있습니다.


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Updated Thermodynamics Functionality for CAPE-OPEN Databases

외부 데이터에서 Chemical Reaction Engineering 모듈을 연결을 더 쉽고 명확하게 하기 위해 CAPE-OPEN 연동 데이터베이스로부터 열역학 함수와 물성 목록을 정의하기 위한 사용자 인터페이스가 간소화되었습니다.

New Nernst-Planck-Poisson Equations Interface

전기장을 받는 전해질에서 이온의 전달현상은 확산, 전기영동, 그리고 대류에 의해 이뤄지며, Nernst-Planck 식에 의해 정의됩니다. 전기장이 큰 경우에, 금속이나 세라믹 표면에 인접한 것과 같이 전해질에서 부분적인 전하 분리(전기적 중성으로부터 편차)를 얻어낼 수 있습니다. 전하 분리는 전하 보존에 대한 Poisson 식을 결합한 Nernst-Planck 식으로 모사될 수 있습니다. Chemical Reaction Engineering 모듈의 최신 버전은 이러한 종류를 모델링 할 수 있도록 Nernst-Planck-Poisson Equation 인터페이스를 포함합니다.

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New Electrophoretic Transport Interface


새로운 Electrophoretic Transport 인터페이스는 수용액에서 약산, 약염기, 그리고 양쪽성 전해질의 전달현상을 해석하기 위해 사용할 수 있습니다. 이 물리 인터페이스는 일반적으로 구역 전기 영동, 등속 전기 영동, 등전점 전기 영동, 이동 경계 전기 영동과 같은 다양한 전기영동 모드를 해석하기 위해 사용되며, 다중 산-염기 평형을 포함하는 수용성 시스템에 적합합니다.

잘 분해된 농도 정점으로부터 두 단백질의 혼합 시료를 분리하는 영역 전기 영동

New Tutorial: Zone Electrophoresis

이 예제는 Electrophoretic Transport 인터페이스 소개를 제공합니다. 영역 전기 영동 문제는 아닐린과 피리딘을 포함하는 시료의 분리를 설정합니다.

Zone Electrophoresis 예제에 대한 Application Library 경로

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Electrokinetic_Effects/zone_electrophoresis

Updated Tutorial: Isoelectric Separation


이 예제는 자유 흐름 전기영동 장치에서 등전점 분리를 모델링하기 위해 Electrophoretic Transport 인터페이스와 Laminar flow 인터페이스를 적용하였습니다. 4가지 다른 단백질을 포함하는 흐름은 전기장에서 전기 영동 전달의 방법으로써 농축된 흐름을 분리합니다.

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업데이트된 Isoelectric Separation 예제 모델에 대한 Application Library 경로

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Electrokinetic_Effects/isoelectric_separation