Aspectos generales destacados de fluidos en COMSOL Multiphysics

Tensor de permeabilidad para ecuaciones de Brinkman

Para flujo en medios porosos, las ecuaciones de Brinkman extienden la bien conocida ley de Darcy. Como novedad en la versión 4.4 viene el soporte para un tensor de permeabilidad anisótropa. Dominios diferentes pueden tener materiales anisótrops diferentes y los elementos del tensor incluso pueden variar espacialmente. Esta funcionalidad está disponible en los siguientes productos:

• Batteries and Fuel Cells Module
• CFD Module
• Chemical Reaction Engineering Module
• Corrosion Module
• Electrochemistry Module
• Electrodeposition Module
• Microfluidics Module
• Subsurface Flow Module

Fuentes de masa lineal y puntual para flujo de fluido y transporte de masa

Se puede utilizar una fuente puntual para simular una fuente distribuida sobre un volumen muy pequeño. Mientras que se puede aplicar a puntos en 3D o en el eje de simetría en modelos con simetría axial, su efecto real es distribuido a lo largo de toda la vecindad más cercana del punto. El tamaño de la distribución depende de la malla y la fuerza de la fuente - una malla más fina propaga la fuente en una región más pequeña pero da una valor de presión más extremo. Una fuente lineal en modelos 3D y con simetría axial 2D representa una fuente emanando de un tubo con una área de sección transversal muy pequeña. Las fuentes lineales pueden añadirse a líneas en modelos 3D y el eje de simetría en modelos con simetría axial 2D, o en puntos en 2D, para los que representa la sección cruzada del tubo de área muy pequeña.

Las fuentes de masa lineal y puntual para flujo de fluido se incluyen como contribuciones a la ecuación de continuidad. Esta funcionalidad se ha añadido en las siguientes interfaces de flujo de fluido:

• Single-Phase Flow
• Brinkman Equations
• Free and Porous Media Flow
• Reacting Flow in Porous Media, Diluted Species (requiere el módulo Batteries & Fuel Cells, CFD o Chemical Reaction Engineering)
• Two-Phase Flow (requiere el CFD Module o Microfluidics Module)
• Rotating Machinery, Fluid Flow (requiere CFD Module o Mixer Module)
• Fluid-Structure Interactions (requiere Structural Mechanics Module o MEMS Module)
• Two-Phase Flow, Moving Mesh (requiere Microfluidics Module)

las fuentes de masa puntual o lineal para transporte de masa se incluyen como contribuciones a las ecuaciones de tranporte de maa en la forma de valores de concentración. Esta funcionalidad se ha añadido a las siguientes interfaces físicas para transporte de masa:

• Transport of Diluted Species
• Nernst-Planck Equations (requiere Chemical Reaction Engineering Module)
• Solute Transport (requiere Subsurface Flow Module)
• Species Transport in Porous Media
• Reacting Flow in Porous Media, Diluted Species
• Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (requiere uno de los módulos: Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition, o Corrosion Modules)
• Corrosion, Tertiary Nernst-Planck (requiere uno de los módulos: Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition, o Corrosion Modules)
• Electrodeposition, Tertiary Nernst-Planck (requiere uno de los módulos: the Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition, o Corrosion Modules)

Estas nuevas funcionalidades están disponibles, no solamente en CFD Module, sino también en otros varios módulos:

• Batteries and Fuel Cells Module
• Mixer Module
• Chemical Reaction Engineering Module
• Corrosion Module
• Electrochemistry Module
• Electrodeposition Module
• Microfluidics Module
• Pipe Flow Module
• Subsurface Flow Module

Modelo de arrastre para partículas no esféricas

Además de los previos modelos de arrastre disponibles, Schiller-Naumann, Hadamard-Rybczynski, y Gidaspow, ahora existe un nuevo modelo de arrastre Haider-Levenspiel para partículas no esféricas. Este nuevo modelo de arrastre está disponible para las siguientes interfaces físicas:

• Mixture Model (requiere CFD Module)
• Euler-Euler Model (requiere CFD Module)
• Particle Tracing for Fluid Flow (requiere Particle Tracing Module)

Los ajustes son algo diferentes para cada interfaz física. El gráfico interior muestra la ventana de ajustes en el modelo Euler-Euler.

El modelo requiere la esfericidad, S_p, que es una medida de lo esférica que es una partícula. Para una partícula esférica S_p = 1, mientras que para partículas no esféricas se tiene S_p < 1. Las partículas no esféricas tipicamente dan un arrastre más alto que las esféricas.

Flujo de fluido alrededor de los tubos en un intercambiador de calor coraza y tubo

Nueva condición de contorno Outlet

La condición de contorno outlet para flujo de fluido se ha revisado para mejorar la conservación de la masa así como para obtener una convergencia más rápida y robusta. La nueva funcionalidad Outlet solo tiene una opción de Presión, que corresponde con la opción de tensión normal de las versiones anteriores. La ventana de ajustes para la nueva opción de Presión añade al campo de edición para la presión p0, dos nuevas casillas de activación: flujo normal y suprimir el reflujo.

• El flujo normal prescribe una velocidad tangencial cero en la salida (outlet). Este se puede esperar si la salida representa una tubería o canal recto. Sin embargo, no está seleccionada por defecto ya que el flujo puede ser perturbado por encima del outlet, alterando potencialmente significativamente la solución.
• Las supresión del reflujo reduce la tendencia para que el fluido entre en el dominio desde fuera. Esto no previene completamente el reflujo, y en el caso en el que ocurra un reflujo, esta opción disminuye localmente la presión específica. Controlar el reflujo es importante cuando se combina el flujo de fluido con otroas ecuaciones de transporte, como tranporte de masa y calor. Si el flujo se invierte, la condición de contorno de outlet para las ecuaciones de transporte ya no es válida; esto puede llevar a probelmas de convergencia o soluciones no físicas. La opción de supresión de reflujo es por lo tanto seleccionada por defecto.

La funcionalidad Outlet ha sido revisada en la nueva versión en las siguientes interfaces físicas:

• Single-Phase Flow
• Brinkman Equations
• Free and Porous Media Flow
• Two-Phase Flow
• Level-Set
• Phase-Field
• Non-Isothermal Flow and Conjugate Heat Transfer
• Reacting Flow
• Reacting Flow in Porous Media
• Diluted Species
• Concentrated Species
• Rotating Machinery
• Single-Phase Flow
• Non-Isothermal Flow (requiere Mixer Module)
• Reacting Flow (requiere Mixer Module)
• Two-Phase Flow, Moving Mesh (requiere Microfluidics Module)
• Slip Flow (requiere Microfluidics Module)
• Fluid-Structure Interaction (requiere Structural Mechanics Module o MEMS Module)

Los cambios aplican al flujo laminar, flujo de Stokes y flujo turbulento en los casos aplicables. La condición de contorno de Outlet de versiones anteriores siguen existiendo, pero se ha excluido de menú contextual físico. Los modelos creados en versiones previas retienen la funcionalidad antigua de Outlet pero añaden una nueva característica Outlet que les da la nueva funcionalidad.