آموزش کامسول و استفاده از نرم افزار کامسول در مبحث جریان در محیط متخلخل با کامسول در سال های اخیر بسیار کابردی شده است.
هنگام شبیه‌سازی جریان در محیط متخلخل، ساده‌سازی پیچیدگی هندسی مواد متخلخل واقعی با استفاده از رویکرد مقیاس بزرگ می‌تواند کارآمد باشد. اما اگر ندانیم خواص ماکروسکوپی موثر چیست؟ در اینجا، ما به چگونگی استخراج خواص جریان ماکروسکوپی تخلخل و نفوذپذیری از یک مدل فرعی ریزمقیاس کاملاً حل شده نگاه می کنیم.
استفاده از یک رویکرد مقیاس بزرگ برای مدلسازی جریان متخلخل
در مورد ماژول های موجود برای شبیه سازی جریان در مقیاس ماکروسکوپی، از جمله رابط قانون دارسی بحث می کنیم. حل قانون دارسی می‌تواند بینشی در مورد بسیاری از سیستم‌های فیزیکی مختلف که در آن‌ها شبیه‌سازی سیستم کاملاً حل‌شده در مقیاس میکروسکوپی عملاً غیرممکن است، فراهم کند. این دشواری به دلیل تفاوت زیاد بین مقیاس‌های طول سیستم‌های میکروسکوپی و ماکروسکوپی است که در زمینه‌های کاربردی مانند نفت و گاز، مهندسی عمران، و مهندسی زیست‌شناسی و پزشکی یافت می‌شوند.(محیط متخلخل با کامسول)
رویکرد مقیاس بزرگ فرض می‌کند که رفتار فضای منافذ با دو کمیت متوسط اندازه‌گیری می‌شود:
نفوذپذیری
تخلخل
نفوذپذیری مقاومت در برابر جریان از طریق منافذ را مشخص می کند. تخلخل، که به عنوان کسر حجمی فضای حفره تعریف می شود، سرعت متوسط سطحی را تعیین می کند. در مورد سرعت سطحی، این سرعت معادل سرعت در دامنه همگن است – گویی جریان میکروسکوپی در فضای منافذ به طور مساوی در مقیاس ماکروسکوپی توزیع شده است.
اگر تخلخل و نفوذپذیری مشخص نباشد، نتایج تجربی برای تعیین کمیت این خواص مواد ضروری است. همچنین می‌توان از آزمایش‌های عددی از طریق شبیه‌سازی برای تجزیه و تحلیل هندسه کاملاً تفکیک‌شده، که شامل حفره‌ها و ذرات جامد است، استفاده کرد. با حل معادلات ناویر-استوکس (یا تقریب خطی آن برای اعداد کوچک رینولدز، به نام جریان استوکس یا جریان آرام) در هندسه ریز مقیاس، تخلخل و نفوذپذیری محیط متخلخل را می توان استخراج کرد.
ایجاد یک هندسه متخلخل در مقیاس میکرو
قبل از بررسی تخلخل و نفوذپذیری یک محیط متخلخل، باید در مورد طراحی هندسه میکرومقیاس بحث کنیم. این لزوما یک فرآیند ساده نیست! ایجاد چنین هندسه ای اغلب به نرم افزارهایی مانند Simpleware یا Mimics برای بازسازی داده های تصویر اسکن شده، به ویژه برای هندسه های پیچیده سه بعدی نیاز دارد. در اینجا، ما بر روی یک مقطع دو بعدی تمرکز می کنیم، مانند تصویری که از یک تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تولید می شود.
مدل آموزشی Pore-Scale Flow از یک فایل تصویری ایجاد شده است که مستقیماً به عنوان یک تابع به نرم افزار وارد می شود.
نحوه استفاده از نتایج بهینه سازی توپولوژی به عنوان هندسه مدل
مدلسازی اشکال نامنظم: نحوه وارد کردن داده‌های منحنی و برداشتن یک جامد
ابعاد کل هندسه 640 × 320 میکرومتر است (و عرض کانال در فضاهای منافذ حتی باریک تر است)، بنابراین می دانیم که مقیاس طول مشخصه، L، کوچک است. علاوه بر این، همانطور که ما یک جریان آهسته را در نظر می گیریم که توسط یک گرادیان فشار 2 Pa رانده می شود، همچنین می دانیم که سرعت معمولی، U، کم است. بنابراین، با توجه به یک سیال آب مانند با چگالی ρ = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب و ویسکوزیته μ = 0.001 Pa *s، می‌توانیم با خیال راحت ترم اینرسی معادلات ناویر-استوکس را نادیده بگیریم و با استفاده از رابط جریان آرام حل کنیم. ما می توانیم از این رابط استفاده کنیم زیرا عدد Reynolds، Re، به طور قابل توجهی کمتر از 1 است.
افت فشار با استفاده از شرایط ورودی و خروجی از راست به چپ اعمال می شود. از آنجایی که این مدل یک مقطع نماینده از محیط متخلخل است که می‌خواهیم آن را مشخص کنیم، یک شرط تقارن در امتداد مرزهای ناشی از برش هندسه در بالا و پایین تجویز می‌شود. این مرزها در شکل سمت چپ زیر نشان داده شده است.
انجام پروژه با نرم افزار کامسول
انجام پروژه با نرم افزار comsol
