多场岩土空间

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课程简介

模型特点： 1、流体流动+传热+相变。 2、多孔介质混合两相流。 3、加热产生相变（汽化）。 4、以焓作为能量方程主变量而非温度。 5、考虑水在不同状态下的热量变化。 6、以PDE建模为主。课程特点：文献解读+控制方程+模型详解+操作建模。

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各位朋友，大家好！本期视频课程的主题是：加热条件下的多孔介质两相流与相变（汽化）经典模型。首先说说这个模型的特色：（1）它描述的是多孔介质两相流；（2）通过加热使液态水汽化，形成两相流；（3）以两相混合状态描述流体流动，但各相态之间能够区分开；（4）能够描述流体流动与相变过程中系统热量的变化；（5）以PDE建模为主。实际上这个模型属于多孔介质领域的经典模型，能够应用到各行各业。本次也是在经典SCI文献基础上推出的这款模型。

该模型几何上呈矩形，长0.1m，高0.02m，域内为多孔介质，初始温度为22℃，初始孔压为零。顶部边界隔热、防渗，底部在0.04-0.06m范围内给定热通量，100 kw/m^2，向内加热。模型左侧边界持续注入液态水，注入速率为0.2mm/s，同时，施加22℃的恒温边界。模型右侧边界为开放边界，流体和热量自由流出。采用瞬态计算，持续1000s，计算域内液态水的汽化过程，气液两相流过程，液态水饱和度变化，以及域内温度的变化。

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两相流体流动采用混合模型，通过质量守恒方程并结合达西定律，控制两相流动。同时考虑非饱和渗流。关于控制热量场的能量方程，采用焓H作为方程的主控变量，而非温度T。因为在水汽相变过程中，当热量达到沸点，又不是特别高的时候，随着热量的增加，温度是保持沸点温度不变的。因此以单位体积焓H作为主变量。考虑了热对流和热扩散过程，其中热对流受流体流动的影响。

另外，这个模型非常关键且复杂的是温度T和饱和度s与焓H之间的关系。这里需要针对水的状态进行分阶段建立函数关系。这里面分了三个阶段：（1）液态水阶段；（2）水汽混合阶段；（3）完全汽化阶段。热量在这三个阶段中逐级递增。

还需要说明一点的是，这个模型假设固体、液体、气体处于热平衡状态，也即T=Ts=Tl=Tv。当然，这个模型目前来说，还存在一些局限性，主要体现在第三阶段的完全汽化过程。从目前的模拟结果来看，比较难实现完全汽化现象。当然，我们也在一直针对这个问题，持续研究与优化。
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10******82

请问一下老师，如果我想做热管的仿真，然后根据官网的案例设置的水蒸气（不含空气）和多孔介质，两个界面之间设置入口，这样子我应该用什么物理场呢？ [回复]

用户回复：

岩土新君：你的热管内如果是空的话，就不要用多孔介质，用层流模拟管内热流体即可。
2024-08-12

2024-08-08

hsx

整个模型的相变率随时间的变化一维绘图组怎么画 [回复]

用户回复：

岩土新君：可以在定义中设置探针，输入你想要的表达式即可。你所谓的相变率可以用液态水的饱和度的变化率来表示。
2023-12-29

2023-12-28

Zh**********16

请问在Comsol求解日志中，res，jac，sol，order，Tfail，NLfail，LinErr，LinRes分别代表什么意思，谢谢告知。 [回复]

用户回复：

岩土新君：（1）res: residuals，残差，表示当前解与实际方程的差异。在迭代求解中，残差的减小是收敛的一个指标。当残差足够小时，可以认为找到了一个满足方程的解。（2）jac: Jacobian matrix，雅可比矩阵，表示方程中各个变量之间的偏导数关系。雅可比矩阵的计算在求解非线性方程组时经常会用到。
2023-10-19
岩土新君：（3）sol: solution，解，表示当前迭代步骤得到的解。（4）order: order of convergence，收敛阶数，表示每一步迭代中解的精度提高的速度。通常在迭代过程中，解的精度随着迭代次数的增加而提高，收敛阶数描述了这种提高的速度。
2023-10-19
岩土新君：（5）Tfail: convergence failure in nonlinear iterations，非线性迭代中的收敛失败次数。非线性求解器在某些情况下可能无法收敛到一个满意的解，Tfail表示在迭代过程中出现了多少次这样的失败。（6）NLfail: total number of nonlinear iterations，总的非线性迭代次数。非线性求解通常需要多次迭代才能找到一个满足要求的解，NLfail表示总共进行了多少次这样的迭代。
2023-10-19
岩土新君：（7）LinErr: linear solver error，线性求解器的误差。在线性求解过程中可能会出现误差，该标志用于表示这种误差的程度。（8）LinRes: linear solver residual，线性求解器的残差。表示线性方程组的解与实际方程的差异，类似于非线性求解中的残差，用于判断线性方程组的解是否足够精确。
2023-10-19

2023-10-19

中科****

岩土新君专业知识面很广，受益匪浅! 请问这个模型跟两外两个热湿模型C-14和C-16主要区别在哪呢？谢谢解答 [回复]

用户回复：

岩土新君：区别还是比较大的。（1）c-14和c-16是直接采用的COMSOL自带的热湿流动多场耦合接口，而这个模型是基于文献给出的控制方程，嵌入到COMSOL偏微分方程中的。（2）那两个模型以相对湿度作为水分场的主控变量，而这个模型是以传统的孔压作为主变量。（3）那两个模型水和蒸汽是分开计算的，这个是混合计算的。（4）c-16是高温流体注入，低温流出，这个模型是低温注入，高温流出。（5）这个模型对高温汽化（相变）过程考虑得更具体些。那两个模型主要考虑温度对相对湿度的影响。应当来说是从不同的角度去考虑汽化过程。
2023-09-09

2023-09-09

Mi***23

汽化有哪些主控因素呢？ [回复]