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用於模擬管道網絡中傳遞現象及聲學的軟體

利用更少的計算資源考慮所有過程變量

管流模組用於模擬管道和通道網絡中的流體流動、傳熱與質量傳遞、水力暫態和聲場。它可以與 COMSOL® 模組套件中的任何其他模組簡便地整合,可用於模擬管道網絡對更大實體的影響,例如發動機缸體中的冷卻管道,或與連接容器的給料和產物通道。這使您可以節省管道網絡整體模擬的計算資源,同時仍然使您可以完整地描述管道網絡內的過程變量。管流模擬可以計算沿著管道或通道的速度、壓力、材料濃度和溫度分佈,同時還可以模擬聲波傳播和水錘效應。

  • 供暖系统水池中流体的循环流动。此处对系统中的温度分布和压降进行了模?。
  • 探针管麦克风模型中的管道声学与三维声压场的耦合。
  • 突然关闭阀门之后产生的水锤效应及管道中的压力瞬变。
  • Ground heat recovery is an energy efficient method to supply houses with heat, where heat collectors exist in a subsurface environment. This model compares different patterns embedded in the subsurface with typical thermal properties of an uppermost soil layer in a garden.
  • Underfloor heating and cooling is a form of central heating and cooling which achieves indoor climate control for thermal comfort using conduction, radiation and convection. It delivers more uniform heating to a room than convector fans or wall radiators would. This app simulates the balance between temperature requirements and pressure drop (running costs) together with construction and material costs (fixed costs) for different floor materials and and dimensions.

 

不可壓縮流模擬的理想選擇工具

管流模組適合模擬管道和通道中的不可壓縮流,並假設管道和通道足夠長,流動經過充分發展。在這一假設前提下,使用邊單元求解切向截面上沿邊方向的平均速度,避免了使用完整三維網格對管道截面進行剖分的需求。這意味著所模擬的變量在管道截面進行了平均,僅會沿著管道的長度方向發生變化。Darcy 摩擦因子的內置表達式涵蓋了全部的流型,包括層流與紊流、牛頓與非牛頓流體,不同截面形狀或幾何,以及各種相對表面粗糙度的值。可以根據在網絡中的位置分別設置這些參數,或直接將其與所模擬的變量相關聯。

摩擦不是管道網絡中的壓力損失的唯一原因。管流模組還會考慮彎管、收縮、膨脹、T接頭和閥門的影響,這可以通過豐富的行業標準損耗係數庫計算,此外還可以在模型中設置流體驅動泵。與 COMSOL ®模組套件中的所有物理介面一樣,您可以自由地修正底層方程、添加新的源項或匯項,並可將物理屬性設置為任意模型變量的函數。COMSOL Multiphysics® 還允許您導入外部數據或在 MATLAB® 中編寫的子程序,來描述某個材料屬性或過程。

耦合管流與其他物理場應用

管流模組中的物理場描述管道或通道系統內流體的動量、能量和質量守恆。這些系統可以簡便地耦合到其他應用,它們往往無法使用管流物理場介面描述,需要完整地描述二維或三維物理場。管流模組可以將數據從邊映射到面或體,反之亦然。這意味著,管道網絡中的流動或傳熱可以耦合到三維完全網格剖分的幾何模型中,進行同時求解。此外,與 COMSOL ®產品庫中所有基於物理場的模組一樣,這種耦合可以在不同物理場公式之間進行,從而可以簡便地求解諸如熱應力之類的屬性,例如,配備冷卻管道的發動機缸體中的熱應力。

管流模組的專業物理介面可用於模擬管流中傳熱、傳質和化學反應過程。而且管道網還可以嵌入一個三維實體域中。對於傳熱,模組會計算管道系統中的能量平衡,包括與三維域相互作用的影響,這些影響在管道方程中表示為源或匯。這是通過在圖形用戶界面 (GUI) 中啟動與二維或三維實體材料的相互作用而在底層自動完成的,並且在圖形用戶界面中還可以設置與周圍環境的強制或自然對流、管道材料和管道壁厚度等管流模組內置的選項。材料傳遞物理介面還可以求解管道系統內的質量平衡,並且在與管流的方程耦合時,還會考慮擴散、對流、分散和化學反應等因素。

水錘和管道聲學物理場

管流模組可以考慮流體和壁面的彈性,來模擬由快速水力暫態所引起的可壓縮流。快速關閉閥門時會產生這些效應,其被稱為水錘效應。

柔性管道內的聲波傳播也是設計、規劃和構造管道網絡的一個影響因素。與聲學模組組合時,管流模組能夠同時在頻域和時域中進行聲學分析。同樣,管流模組的物理場可以無縫地耦合到管道網絡內的任何其他物理場,以及管道周圍系統中的任何物理場。

管流模擬可用於多種類型行業

管流模組適用於模擬所有類型管道系統中的流動、質量傳遞與傳熱以及聲波傳播。這包括化學加工工廠、發電廠、煉油廠的管道系統、管道中的石油和水流動、通風系統,以及發動機和渦輪中的冷卻系統。此外,這對於使用 COMSOL Multiphysics ®及其專業模組套件進行的其它模擬,它也是一種良好的補充。例如優化渦輪、模具、鑄造和熱交換器中的複雜整合冷卻系統,規劃建築中的通風系統,以及設計地熱供暖系統。