COMSOL Microfluidics Module 6.4

6.2

NOVEDADES

Flujo en dominios porosos y no porosos conectados

Una nueva interfaz multifísica para el flujo de medios libres y porosos permite conectar flujos laminares en dominios no porosos con flujos en dominios porosos modelados por la ley de Darcy. Esta funcionalidad permite el modelado de flujos en aplicaciones que incluyen tejido biológico, filtración a microescala, celdas electroquímicas y filtración. Las condiciones de contorno de flujo libre, No slip, Continuous tangential velocity, Beavers-Joseph, Beavers-Joseph-Saffman y Viscous slip, se pueden aplicar en la interfaz entre los dominios porosos y no porosos. Téngase en cuenta que la interfaz Free and Porous Media Flow, disponible anteriormente, ahora se llama Free and Porous Media Flow, Brinkman.

El flujo de tres tuberías con diferentes caudales se homogeneiza en un filtro poroso y sale a través de una boquilla convergente hacia un canal cuadrado.

Inicialización de flujo y flujo Hele-Shaw

Se ha añadido una nueva interfaz Incompressible Potential Flow bajo la sección Potential Flow a la rama Fluid Flow. El flujo que es simultáneamente solenoidal e irrotacional se puede representar como un flujo potencial incompresible y, en muchos escenarios, este enfoque proporciona aproximaciones razonablemente precisas que se resuelven rápidamente. Esta interfaz también se puede utilizar para obtener valores iniciales para modelos de flujo de fluidos más complejos que incluyen efectos de rotación. Además, el flujo potencial se puede utilizar para modelar el flujo progresivo entre placas paralelas en, por ejemplo, celdas de Hele-Shaw.

Flujo en una celda Hele-Shaw, donde la solución que se muestra en la figura superior se obtuvo usando la interfaz Incompressible Potential Flow, y la solución que se muestra en la figura inferior se obtuvo con la interfaz de Creeping Flow. La simulación de flujo potencial se completó en 18 segundos, mientras que la simulación de flujo progresivo tomó 25 minutos.

6.1

NOVEDADES

La versión 6.1 introduce grupos de propiedades de materiales no newtonianos inelásticos, materiales para acoplamientos de flujo multifásico y una nueva interfaz de conjunto de niveles en medios porosos.

Materiales multifásicos para acoplamientos de flujo multifásico
Los acoplamientos multifísicos The Two-Phase Flow, Level Set, Two-Phase Flow, Phase Field y Three-Phase Flow, Phase Field tienen una nueva opción para obtener las propiedades efectivas del material a partir de un nodo Multiphase Material, con reglas de mezcla integradas. Esto es especialmente eficiente cuando se acoplan estas interfaces multifísicas con otras físicas, como la transferencia de calor o la electrostática, ya que el material multifásico utilizará las reglas de mezcla apropiadas para las propiedades del material no fluido. En versiones anteriores, esto requería que se escribieran expresiones definidas por el usuario basadas en la fracción de volumen de cada fase fluida para calcular las propiedades materiales efectivas utilizadas en cada interfaz física.

Grupos de propiedades de materiales no newtonianos inelásticos
Se han añadido grupos de propiedades de materiales dedicados para la mayoría de los modelos inelásticos no newtonianos disponibles en Polymer Flow Module. Cada grupo de propiedades del material contiene todos los parámetros necesarios del material y la expresión de la viscosidad aparente. Recoge la velocidad de corte de una interfaz de Fluid Flow para definir la viscosidad dinámica del fluido por medio de una regla de sincronización. Por lo tanto, se puede seleccionar directamente un modelo inelástico no newtoniano añadiendo el grupo Material Properties correspondiente como un subnodo a un nodo de material.

Configuración para el nodo Phase del material. Téngase en cuenta que el modelo no newtoniano se selecciona directamente en el nodo Materials.

Flujo viscoelástico no isotérmico
El nodo Fluid Properties en la interfaz Viscoelastic Flow ahora incluye la opción para especificar la dependencia con la temperatura de las propiedades del material utilizando un conjunto de funciones térmicas predefinidas.

El nuevo acoplamiento multifísico Nonisothermal Flow puede ser utilizado para acoplar las interfaces Viscoelastic Flow y Heat Transfer in Fluids. La fuente de calor, correspondiente al calentamiento debido a las pérdidas irreversibles, se tiene en cuenta si la casilla de verificación Include irreversible losses está seleccionada. La nueva interfaz Nonisothermal Flow, Viscoelastic Flow incluye interfaces Viscoelastic Flow y Heat Transfer in Fluids y el acoplamiento multifísico Nonisothermal Flow.

Distribución de temperatura durante el flujo no isotérmico del flujo viscoelástico en la matriz.

Conjunto de niveles en Medio Poroso
En la interfaz Level Set, una nueva funcionalidad Porous Medium puede vincularse a la definición de la porosidad dada en el nodo Porous Material. La nueva interfaz Level Set in Porous Media incluyen esta nueva función de forma predeterminada. Puede verse esta mejora en el nuevo modelo "Resin Transfer Molding of a Wind Turbin Blade".

La nueva función Porous Medium para la interfaz Level Set in Porous Media.

6

NOVEDADES

La versión 6.0 trae una nueva funcionalidad para el tratamiento de paredes deslizantes porosas para la interfaz de Brinkman Equations y un nuevo modelo tutorial que utiliza la optimización topológica.

Deslizamiento poroso para la interfaz de ecuaciones de Brinkman
La capa límite en el flujo en medios porosos puede ser muy delgada y poco práctica de resolver en un modelo de ecuaciones de Brinkman. La nueva función de tratamiento de paredes deslizantes porosas le permite tener en cuenta las paredes sin resolver el perfil de flujo completo en la capa límite. En su lugar, se aplica una condición de tensión en las superficies, lo que produce una precisión decente en el flujo a granel al utilizar una solución asintótica del perfil de velocidad de la capa límite. La funcionalidad se activa en la ventana Configuración de la interfaz de ecuaciones de Brinkman y luego se usa para la condición de pared predeterminada. Puede usar esta nueva característica en la mayoría de los problemas que involucran flujo subterráneo descritos por las ecuaciones de Brinkman y donde el dominio del modelo es grande.

El campo de flujo y concentración de un modelo de reactor poroso.

Flujo de dos fases en medios porosos
Una nueva interfaz multifísica combina las interfaces Brinkman Equations y Level Set, y añade automáticamente un nodo de acoplamiento Two-Phase Flow, Level Set. Resuelve la conservación de la masa y el momento con las ecuaciones de Brinkman. La interfaz entre dos fluidos inmiscibles en medios porosos se rastrea con la función de ajuste de nivel.

Inyección de resina en un molde vacío. La nueva interfaz se utiliza para realizar el seguimiendo del frente de inyección. El molde contiene una entrada y tres salidas, y un bloque poroso en el centro, e inicialmente está rellenado con aire.

Gestión muy mejorada de materiales porosos
Los materiales porosos ahora se definen en la tabla Propiedades específicas de fase en el nodo Material poroso. Además, se pueden añadir subnodos para las funcionalidades sólidas y fluídicas donde se pueden definir varios subnodos para cada fase. Esto permite el uso de un mismo material poroso para el flujo de fluidos, el transporte de especies químicas y la transferencia de calor sin tener que duplicar las propiedades y configuraciones del material.

Nuevos modelos tutoriales

Optimization of a Tesla Microvalve with Transient Flow

Resultados utilizando la optimización topológica de una microválvula Tesla para una caída de presión oscilante. Una microválvula Tesla inhibe el flujo inverso utilizando fuerzas de fricción en lugar de piezas móviles. Por tanto, el objetivo es maximizar el caudal medio.

5.6

NOVEDADES

Configuración más sencilla para modelos de conjuntos de nivel y campo de fase

Se han reestructurado las interfaces de Conjunto de niveles y Campo de fase: ahora se agregan dos nodos de Valores iniciales de forma predeterminada y se ha eliminado la función de interfaz inicial utilizada anteriormente. En cambio, la interfaz inicial se coloca automáticamente en los límites entre los dos nodos de Valores iniciales con diferentes fases iniciales.

Ajustes para la función Valores iniciales, fluido 2. Tenga en cuenta que la función de interfaz inicial ya no es necesaria. La distribución inicial del conjunto de niveles o la función de campo de fase se resuelve en el paso de estudio de inicialización de fase.

Nuevas opciones de promediado para propiedades de fluidos en interfaces entre fases

Cuando la densidad y/o la relación de viscosidad en una simulación de flujo de dos fases es grande, el uso de propiedades de fluido promediadas en volumen a través de la interfaz de fase puede conducir a un enborronamiento excesivo. Afilar la zona de transición para las propiedades del fluido, o desplazarla a una de las dos fases, puede mejorar la precisión y/o la convergencia en algunos casos. En la versión 5.6, las funciones de Heaviside suavizadas y los promedios de volumen armónico se pueden utilizar tanto para la densidad como para la viscosidad. Para la viscosidad, el promedio de masa y el promedio de masa armónica también están disponibles como opciones.

Diferentes opciones para promediar la viscosidad en una interfaz aire-agua.

Características renovadas de los medios porosos para el transporte de especies diluidas

La interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos se ha renovado para utilizar el nuevo nodo Medio poroso. Dos nuevas características de dominio, los nodos de Medio poroso y Medio poroso insaturado, están disponibles en la interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos. Puede utilizarse el nuevo nodo Medio poroso para asignar propiedades de material a las múltiples fases en un medio poroso. Los nuevos nodos tienen contenedores dedicados para definir las propiedades del líquido, el gas y la matriz porosa. Puede verse esta funcionalidad en el tutorial "Ceramic Water Filter with Activated Carbon Core".

Concentración de contaminantes en una vela de filtro de agua cerámico.

5.5

NOVEDADES

COMSOL Multiphysics® version 5.5 incluye relaciones constitutivas no newtonianas inelásticas en flujos bifáasicos , una funcionalidad Interior Slip Wall, dos nuevas funcionalidades Pair, Continuity e Initial Interface en la interfaz Two-Phase Flow, Phase Field, y dos nuevos tutoriales de optimización.

Relaciones constitutivas no newtonianas inelásticas
Muchos fluidos no son newtonianos, es decir, la relación entre la deformación y la tensión no es lineal. El comportamiento no newtoniano se puede observar, por ejemplo, en soluciones acuosas de almidón de maíz, ketchup, sangre y pulpa de papel. Los usuarios del Módulo CFD ahora pueden simular el flujo en dos fases de fluidos inelásticos no newtonianos utilizando los modelos Level Set o Phase Field.

Ventana de ajustes para el nodo de acoplamiento multifísico Two-Phase Flow, Level Set, que muestra la opción Power Law en la relación constitutiva inelástica no newtoniana.

Funcionalidad de pared deslizante interior
Las barreras delgadas en el campo de flujo pueden modelarse de manera más eficiente ignorando su grosor y, por lo tanto, tratándolas como superficies interiores en 3D o bordes interiores en 2D. Para los usuarios de la interfaz Slip Flow, la nueva función Interior Slip Wall se puede utilizar para aplicar condiciones de deslizamiento, debido a efectos no continuos en la viscosidad y/o la deformación térmica, en ambos lados de una barrera interior.

Líneas de corriente y presión (tabla de colores) para el flujo más allá de una pared deslizante inclinada (negra) montada en una tubería.

Funcionalidades par de continuidad e interfaz inicial
En contornos interiores a través de los cuales la malla es discontinua, como cuando dos dominios se deslizan uno contra el otro, las variables de campo de vase pueden hacerse continuas mediante la aplicación de una de las dos nuevas características Pair: los pares Continuity e Initial Interface. El par Initial Interface puede, además de reforzar la continuidad de las variables de campo de fase, ser utilizadas para suavizar una discontinuidad inicial que puede ocurrir como un resultado de especificar fases diferentes en dominios adyacentes.

Ondas de gravedad internas generadas por una fuerza de volumen activa en la mitad inferior del canal. El par de interfaz inicial se usa para hacer que las variables de campo de fase seancontinuas a través de un contorno del ensamblaje con mallas tetraédricas y hexaédricas que no coinciden, en la mitad inferior y superior del canal, respectivamente.