معرفی ماژول جریان متخلخل یا ماژول حرکت سیال در محیط متخلخل در نرم افزار کامسول

• بسیاری از صنایع نیازمند مدل سازی ماژول جریان متخلخل هستند. ماژول Porous Media Flow، که به نسخه 5.5 نرم افزار COMSOL Multiphysics® اضافه شده است، این امکان را فراهم کرده تا به طور کمی در مورد میزان جرم، شتاب و انتقال انرژی در رسانه‌های متخلخل تحقیق شود. زمینه‌های مورد نظر این ماژول شامل فرآیندهای مربوط به سلول سوختی، خشک کردن کاغذ و خمیر کاغذ، تولید مواد غذایی، فیلتراسیون و موارد دیگر می‌باشد.

مدلسازی جریان رسانه ای متخلخل

شبیه سازی جرم، حرکت و جریان انرژی در محیط متخلخل در تعدادی از زمینه‌های مهندسی مانند مهندسی شیمی، عمران و هسته ای معمول است. ماژول جریان رسانه ای متخلخل، مجموعه ای جامع از رابط‌های فیزیک است که زمینه را برای شبیه سازی انواع مختلف فرایندهای فیزیکی در محیط متخلخل جهت کمک به مهندسان و دانشمندان فراهم می‌کند.

مدل سازی گنجایش ثابت شده با استفاده از ماژول جریان رسانه ای متخلخل

ماژول جریان رسانه ای متخلخل به مهندسان در صنایع مختلف از جمله معدن، پزشکی و صنایع غذایی اجازه می‌دهد تا فرآیندهای بهینه سازی و تجزیه و تحلیل خود را در یک محیط کاربر پسند انجام دهند. به طور مثال برنامه‌های انتقال چند فازی در محیط متخلخل را می‌توان در یک رویکرد کاملاً مولتی فیزیکی مورد بررسی قرار داد.

با قابلیت‌های مولتی فیزیکی ماژول جریان رسانه ای متخلخل، می‌توان موارد زیر را محاسبه کرد:

• جریان غیر گرمایی در محیط متخلخل
• خواص مؤثر برای یک سیستم چندکاره
• خاصیت ضخیم بودن
• انتقال رطوبت و گونه‌های شیمیایی

نگاهی به چند مورد از این حوزه‌های کاربردی با جزئیات بیشتر خواهیم داشت…

انتقال چند فازی در محیط متخلخل

ماژول جریان رسانه ای متخلخل شامل ابزاری است که می‌توان برای شبیه سازی جریان چند فازی در محیط متخلخل با دو یا چند فاز متحرک مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال مدل سازی جذب مویینه ای یا فتیله ای جریان آب را در نظر بگیرید (در شکل زیر نشان داده شده است)، که در آن می‌توانید خصوصیات محیط متخلخل مانند نفوذ پذیری نسبی و فشارهای مویرگی بین مراحل، انتقال رطوبت یا سایر پدیده‌های حمل و نقلی در محیط‌های متخلخل را مشخص کنید.

مدلی که فتیله ای یا مویینه ای را در یک نوار کاغذی و در محیطی متخلخل نشان می‌دهد.

وقتی یک نوار کاغذ خشک با یک مایع تماس پیدا کند، به دلیل نیروهای مویرگی کاغذ خشک، مایع را جذب می‌کند. جذب تا زمانی ادامه دارد که نیروهای گرانشی بتواند نیروهای مویرگی را متعادل کنند. در این مثال، دو فاز، آب و هوا، از طریق ترکیبی از قانون دارسی و انتقال فاز در رابط‌های رسانه ای متخلخل با هم تعامل دارند.

جریان غیر دارسی در رسانه‌های متخلخل

قانون دارسی، سرعت جریان آب در میان یک محیط متخلخل را توصیف می‌کند و براي نشان دادن سرعت جریان از عدد رینولدز استفاده می‌شود که معمولاً سرعت جریان برابر با اعداد رینولدز زیر 100 است. از طرفی اعتبار قانون دارسی در محدوده جریان آرام است بنابراین برای سرعت‌های بالاتر و اعداد رینولدز، یک اصلاح غیرخطی را می‌توان به معادله مومنتوم یا تکانه اضافه کرد. اما در این میان ماژول جریان رسانه ای متخلخل راهکاری برای مدل سازی جریان‌های Non-Darcian (غیردارسی) است، جایی که میدان سرعت با توجه به افت فشار غیر خطی است.

گزینه‌های موجود برای مدل سازی جریان Non-Darcian در محیط متخلخل، مدل‌های Forchheimer، Ergun، Burke-Plummer و Klinkenberg برای قانون Darcy و  Multiphase Flow در رابط‌های Porous Media  و مدل‌های Forchheimer و Ergun برای معادلات Brinkman است.

تعادل حرارتی محلی (LTE) و عدم تعادل حرارتی محلی (LTNE) برای انتقال گرما در محیط متخلخل

انتقال گرما در محیط متخلخل ممکن است به دلیل هدایت، همرفت و پراکندگی اتفاق بیفتد ولی باید خصوصیات مختلف حرارتی، فازهای جامد و سیال را در نظر بگیرد. به کمک ماژول جریان رسانه ای متخلخل، می‌توان با استفاده از دو روش مدل سازی، انتقال حرارت را در ساختارهای متخلخل مدلسازی کرد:

1. تعادل حرارتی محلی (LTE)، جایی که دمای فاز جامد و سیال در تعادل محلی هستند به عبارت دیگر اختلاف دمای محلی بین فاز سیال و جامد صفر فرض می‌شود.
2. عدم تعادل حرارتی محلی (LTNE)، جایی که دو فاز سیال و جامد به طور جداگانه بررسی و فرموله می‌شود و بین آن‌ها یک اختلاف دمایی محیطی در نظر گرفته می‌شود که توجه به انتقال حرارت در بین فاز سیال و جامد مهم است.

مدلی از یک واحد ذخیره گرمای نهان بستر آکنده که شامل اثرات تغییر فاز و عدم تعادل حرارتی محلی (LTNE) است.

جریان شکستگی در محیط متخلخل

مدل سازی حرکت انبوه و انتقال انرژی در محیط متخلخل از هم گسیخته یا شکسته، مربوط به مهندسان شیمی، عمران و هسته ای است. از آنجایی که ماژول جریان رسانه ای متخلخل شامل رابط‌های فیزیکی برای مدل سازی فشار، دما و انتقال گونه‌های شیمیایی در مرزهای داخلی در یک ماتریس متخلخل است، بنابراین تقریباً شما را از ایجاد شکستگی واقعی و منابع محاسباتی که به همراه دارد، نجات می‌دهد.

مدلی از فیلتر آب سرامیکی با هسته کربن فعال شده

از فیلترهای آب سرامیکی معمولاً برای از بین بردن مواد شیمیایی و ذرات معلق آب آشامیدنی استفاده می‌شود. منافذ کوچک موجود در هسته سرامیک، ذرات بزرگ و باکتری‌ها را از بین می‌برد و کربن فعال نیز می‌تواند فلزات سنگین و کلر را از بین ببرد. اما ترک در هسته سرامیک ممکن است منجر به باقی مانده آلاینده‌ها در آب آشامیدنی شود.

تغییر فاز در محیط متخلخل

ماژول جریان رسانه ای متخلخل همچنین دارای یک رابط مخصوص برای تغییر فاز مدل در محیط متخلخل است. پدیده‌های معمول تغییر فاز شامل ذوب شدن یخ در آب یا تبخیر و چگالش بخار در مصالح ساختمانی است.

این متن از وبسایت comsol به فارسی با عنوان معرفی ماژول جریان رسانه ای متخلخل یا ماژول حرکت سیال در محیط متخلخل در نرم افزار کامسول  برگردان شده است، استفاده از ترجمه با ذکر نام کامسولفا مجاز است. مشاهده متن اصلی