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COMSOL Multiphysics ® 5.2a版針對“CFD模組的用戶引入了可加快特定非等溫流模擬計算的新選項,易於在CFD App中引入重力作用的能力以及將Boussinesq近似方程用於建模不可壓縮非等溫流的選項等。請閱讀下文進一步詳細了解CFD模組的完整更新。

弱可壓縮流選項

當流體的密度隨壓力而產生的變化可忽略不計時,可壓縮性的新選項弱可壓縮流可用於非等溫流。對於大多數馬赫數低於0.3的流體來說滿足這種情況。使用此選項代替可壓縮流(Ma < 0.3)選項的優勢在於,在瞬態模擬中不再需要求解以聲速流動的壓力波。這允許使用較大的時間步長,從而加快計算速度。

使用新選項“弱可壓縮流”求解的置換通風基準問題。 繪圖顯示了等值面、表面以及速度場流線上的溫度(K)。

 

使用新選項“弱可壓縮流”求解的置換通風標竿問題。繪圖顯示了等值面、表面以及速度場流線上的溫度(K)

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對於“不可壓縮流”選項,參考值pref T{ref}用於定義流體屬性。對於新選項弱可壓縮流,流體屬性為溫度的函數(最好取自“熱傳”介面),而不是壓力。對於可壓縮流(Ma<0.3)選項,pT都用於計算流體屬性。註釋(Ma < 0.3)表示穩定性和邊界條件可能不適合較高的馬赫數,即使對完全壓縮格式的連續性、動量和能量方程進行求解也是如此。

 

流動介面中定義可壓縮性時使用弱可壓縮流選項的“應用資料庫”範例的路徑為:Heat_Transfer_Module/Heat_Exchangers/heat_exchanger_niCFD_Module/Non-Isothermal_Flow/displacement_ventilation
新增重力屬性和特徵

單相流非等溫流介面現在提供重力屬性。選中包含重力複選框後,會在流體流動介面處於活動狀態的所有域上添加等於 的體積力,且模型樹中顯示“重力”特徵。“重力”屬性添加了一個選項,可在指定壓力類型邊界條件的位置(例如,出口、開邊界或邊界應力條件)補償靜水壓力。

 

可以定義一個參考位置,以便定義壓力和溫度採用其參考值。參考位置用於邊界條件特徵進行靜水壓力補償。例如,為“出口”邊界選中靜水壓力補償選項後,等於 的壓力分佈將添加到出口處用戶定義的壓力。對於不可壓縮流,該補償是精確的,而對於其他兩個可壓縮性選項,則提供出口處壓力剖面圖的近似情況。此外,還有一個選項可使用約化壓力,例如,在壓力因變量定義中自動包含靜水壓力。

 

使用層流介面中包含重力選項的“應用資料庫”範例的路徑為:

CFD_Module/Single-Phase_Tutorials/gravity_tutorial

 

因鹽濃度不連續性而產生的鎖放重力流模擬。

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非等溫流的Boussinesq 近似

當您使用已定義熱膨脹係數的材料模擬不可壓縮非等溫流時,會自動添加帶線性溫度依賴性的浮力,而所有流體屬性(例如,密度、粘度和導熱係數)保持不變。這通常稱作Boussinesq近似,是非等溫流應用領域的常用建模方法。作為使用內置材料指定線性化點的替代方法,您可以在非等溫流多物理場節點中顯式定義參考密度和熱膨脹係數。

從下方加熱的平行板之間對流的溫度(上)和速度大小(下),使用Boussinesq 近似模擬。

 

從下方加熱的平行板之間對流的溫度(上)和速度大小(下),使用Boussinesq 近似模擬。

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風扇特徵的渦流

渦流選項現在可以選作入口處的“流動”方向。風扇下游的渦流通過設置旋轉速率和渦流比確定,後者由流動的角速度與葉片角速度的比值來定義。

 

導管入口處放置的風扇下游產生的渦流。

  

導管入口處放置的風扇下游產生的渦流。

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壓力功子特徵現在可用於多孔介質中的熱傳

多孔介質流體部分的溫度可能會受其壓力變化做功的影響。為了在模型中反映出這一情況,“壓力功”特徵已更新,除支援自由流體流動之外,還支援多孔介質,並且現在可用作多孔介質節點的子特徵。

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新的反應流多物理場介面

為了加強對氣體和液體中流體流動和反應的研究,新的反應流多物理場介面將單相流濃物質輸送介面相結合。與之前作為單獨的介面使用相比,現在可以更好地控制每個物理場介面中的設置以及這些介面之間的多物理場耦合。

 

通過使用新的反應流耦合,單獨或同時求解任意耦合介面的過程已得到顯著改善。這對於反應流來說非常重要,以便生成穩定的初始條件或測試結果受耦合影響的程度。反應流多物理場介面支援層流和紊流反應流,以及多孔介質中的流動和反應。

 

使用新的反應流多物理場介面的“應用資料庫”範例的路徑為:Chemical_Reaction_Engineering_Module/Reactors_withMass_and_Heat_Transfer/

round jet_burner

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濃物質輸送中的新功能:多孔介質輸送屬性

新的“多孔介質輸送屬性”特徵使您可以研究通過多孔介質流動的溶液中的多組分輸送。新功能包含用於計算有效輸送屬性的模型,這些輸送屬性依賴於材料的孔隙率以及濃混合物的輸送。

使用濃物質輸送介面中的新“多孔介質輸送屬性”特徵的“應用資料庫”範例的路徑為:Chemical_Reaction_Engineering_Module/Reactors_with_Porous_Catalysts/

carbon_deposition

 

通過“多孔介質傳遞屬性”特徵研究的固體Ni-Al2O3 催化劑上甲烷的熱分解反應器中的孔隙率分佈。 孔隙率隨著分解反應中形成煙塵堆積而降低。

 

通過“多孔介質輸送屬性”特徵研究的固體Ni-Al 2 O 3催化劑上甲烷的熱分解反應器中的孔隙率分佈。孔隙率隨著分解反應中形成煙塵堆積而降低。

 

濃物質輸送介面中的虛時間步進

濃物質輸送介面新增的虛時間步進功能顯著改善了穩態研究求解器的收斂速率。這在物質通量以對流為主(Péclet數較大)時特別有利,例如,在紊流反應流中。