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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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课程目录(8)
课程评论(13)


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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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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]

    用户回复:

  • 岩土新君:仔细看视频,其实有讲到。汽化的过程与程度,主控条件包括:底部的热通量,左边界的恒定温度,左边界的低温液态水注入速率。右边界一般都是开放边界,所以不用调整。
    2023-09-07
2023-09-07
光源****
大神,膜拜!刚刚快速看了一下,还没看完,感觉很高大上,后面专门抽时间仔细学习,有问题再专门请教您哈。 [回复]

    用户回复:

  • 岩土新君:感谢支持,相关问题我们可以在微信上进行一步探讨交流。
    2023-09-06
2023-09-06
C-19:加热条件下的多孔介质两相流与相变(汽化)经典模型
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岩土新君

学历:博士

研究方向:岩土多物理场耦合;岩土多孔/裂隙渗流;滑坡动力学;岩土工程支护

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