COMSOL Subsurface Flow Module 6.3
DESCRIPCIÓN
Este módulo permite sacar partido de la gran flexibilidad de COMSOL Multiphysics para realizar el estudio de problemas medioambientales y geofísicos.
Ya sea de forma combinada o aislada, la física fundamental altera nuestro acceso a recursos importantes, afecta a la calidad del ambiente, da forma a la tierra que pisamos y también a otros planetas. Los análisis geofísicos pueden abarcar prácticamente un ilimitado rango de estos efectos.
COMSOL Multiphysics ofrece módulos físicos predefinidos; esto permite que el usuario pueda incorporar sus propias ecuaciones y escribir libremente expresiones que definan propiedades.
CARACTERÍSTICAS
- Tabla de materiales que calcula propiedades efectivas necesitadas para la descripción de la convección y conducción del calor para sistemas con materiales inhomogéneos
- Interfaz para caracterizar la geoterma como una fuente de calor radiogénica
- Opciones para añadir dispersión térmica que resulta de perfiles de velocidad en poro y divergencia de corrientes de fluido alrededor de granos sólidos
- Análisis para flujos de fluidos en sistemas abiertos y en medios porosos que se combinan de forma libre para caracterizar transiciones entre regímenes de flujo
- Opciones para estimar la retención no lineal y la permeabilidad para medios porosos variablemente saturados utilizando fórmulas analíticas bien conocidas, interpolación con datos experimentales y expresiones arbitrarias
- Coeficientes opcionales para ayudar al modelado, por ejemplo, de flujos en medios con dominios móviles e inmóviles.
- Entrada consecutiva de propiedades de transporte químicas
- Opciones para calcular el movimiento de solutos desde la solución incluyendo leyes de sorción predefinidas y aquellas que marque el propio usuario
- Tensor de dispersión hidrodinámico predefinido
- Condiciones de contorno que describen los flujos a través de dominios adyacentes pero no modelados
- Opciones para configurar restricciones cronometradas y flujos en puntos y aristas
- Modelos de ejemplo para campos de análisis de flujo ambiental, ingeniería petrolífera e investigación
- Toda la funcionalidad propia de COMSOL Multiphysics, incluyendo acoplamientos multifísicos ilimitados, ecuaciones definidas por el usuario y expresiones de usuario para definir materiales
SECTORES
Las áreas de aplicación de este módulo son muy variadas:
Física
- Transferencia de calor por conducción en medios con componentes múltiples. En este caso las geotermas actúan de fuente de calor radiogénica
- La transferencia de calor por conducción y convección pueden describir la dispersión de calor por cambios de velocidad de pequeña escala
- La ecuación de Richard describe el flujo en medios porosos variablemente saturados. Se incluyen análisis para presión, carga hidráulica y carga de presión
- La ley de Darcy cubre los flujos lentos en medios poroso saturados conducidos por gradientes de presión y potenciales gravitacionales. Se incluyen análisis para presión, carga hidráulica y carga de presión
- Las ecuaciones de Brinkman describen el flujo en medios porosos que son lo suficientemente rápidos para que la energía disipada por cizalladura no sea despreciable, por ejemplo cerca de un buen agujero, un río o una fractura
- Las ecuaciones de Navier-Stokes explican en flujo de un fluido en sistemas libres y se pueden utilizar para analizar flujos de fluido superficial así como movimientos de gases y líquidos en cuevas, tuberías y fracturas
- Los modos de aplicación de transporte de solutos caracterizan la suerte y transporte de especies químicas sencillas y múltiples. Los solutos pueden interactuar libremente, esparcirse a partir de variaciones de velocidad pequeñas y dividirse a partir de la fase líquida.
- Enlace arbitrario con todas las físicas de COMSOL Multiphysics o con nuevas físicas definidas por el usuario
Calidad medioambiental
Los cálculos cuantitativos son críticos para predecir la respuesta ambiental relacionada con los fluidos humanos e industriales, las corrientes térmicas y las corrientes de desechos químicos. Estos puede involucrar la caracterización de la extensión y magnitud de la polución, predicciones de su comportamiento pasado y futuro y la localización del mejor método para su limpieza.
Análisis de flujos y bombeo
Una de las áreas de aplicación más importantes del Módulo de Ciencias de la Tierra es el campo del movimiento de fluidos subsuperficiales y la predicción del comportamiento alrededor de pozos. Estos cálculos se pueden conformar con una simulación directa del flujo Darcy de una única fase o pueden necesitar escrutar la transición a través de una zona de fluido no Darcy y la descripción final del flujo libre mediante las ecuaciones de Navier-Stokes en un pozo, fractura o tubería.
VERSIONES
6.3
NOVEDADES
6.3 ofrece capacidades mejoradas, que incluyen una configuración simplificada de transferencia de masa para condiciones de contorno, un modelado mejorado de permeabilidades relativas mediante expresiones de ley de potencia y un enfoque unificado para definir propiedades de fluidos y medios porosos.
Condición de fuente de masa de contorno
La nueva condición de contorno Boundary Mass Source en las interfaces Phase Transport simplifica la configuración de la transferencia de masa debido a reacciones u otros procesos en los contornos. Tiene en cuenta automáticamente el consumo o la producción de diferentes fases y, cuando la interfaz Phase Transport in Porous Media se acopla con una interfaz Darcy's Law, tiene en cuenta la transferencia de masa neta en el campo de flujo. Esta característica es especialmente útil cuando el transporte de fases está vinculado a reacciones superficiales.
Flujo multifásico sobre una lente de baja permeabilidad. La función Boundary Mass Source se utiliza aquí para configurar fácilmente las condiciones de contorno en el modelo de tutorial Low Permeable Lens.
Opción de ley de potencia para permeabilidades relativas
La función Porous Medium de la interfaz Phase Transport in Porous Media ahora incluye una nueva opción de Power Law, lo que facilita la implementación de permeabilidades relativas basadas en expresiones de ley de potencia. Esta mejora simplifica la configuración y el modelado del comportamiento de la permeabilidad en simulaciones de medios porosos.
Permeabilidades relativas basadas en expresiones de ley de potencia que se utilizan en el modelo de referencia Buckley-Leverett de flujo de medio poroso bifásico.
Nuevos nodos de fluidos y medios porosos en las interfaces de transporte de fases
Las interfaces Phase Transport ahora incluyen dos nuevas funciones: las funciones Fluid y Porous Medium. La función Porous Medium incluye subfunciones para definir propiedades de fase y matriz, reemplazando las funciones anteriores Phase and Transport Properties y Phase and Porous Media Transport Properties. Estas actualizaciones unifican la terminología en diferentes interfaces de física, lo que mejora la experiencia del usuario. Todos los modelos tutoriales en la biblioteca de aplicaciones que utilizan una de las interfaces de transporte de fase muestran estas nuevas funciones.
Las nuevas funcionalidades Fluid y Porous Medium se presentan en un modelo que simula la altura del nivel freático cerca de una zanja de drenaje.
Plantillas de resultados en las interfaces de transporte de especies químicas
La creación de gráficos útiles y visualmente atractivos de sistemas reactivos puede llevar mucho tiempo, ya que a menudo hay muchos reactivos y, por lo tanto, muchos campos de concentración para representar gráficamente. Para ahorrar tiempo, hay una serie de nuevas plantillas de resultados Result Templates en las interfaces Chemical Species Transport. Entre ellas, ahora hay disponibles plantillas de matriz de gráficos que incluyen hasta cuatro concentraciones de especies simultáneamente en la ventana Graphics. Las plantillas de resultados están disponibles para todas las interfaces de transporte de especies químicas, independientemente del producto complementario, pero son especialmente útiles para las interfaces de transporte multicomponente incluidas en los módulos de ingeniería química, así como en el módulo CFD Module, Porous Media Flow Module, Subsurface Flow Module y Microfluidics Module.
La ventana Result Templates y una matriz de gráficos de todos los campos de concentración modelados en el modelo tutorial Fine Chemical Production in a Plate Reactor.
Nueva Aplicación tutorial
Homogenized Porous Material Properties App
Utilice esta aplicación para calcular la porosidad y la permeabilidad de varias configuraciones de celdas unitarias y exportar los resultados como un material poroso para simulaciones a gran escala.
6.2
NOVEDADES
Nuevas características de doble permeabilidad
Hay dos nuevas características Dual Permeability Medium y Unsaturated Dual Permeability Medium dentro de las interfaces Darcy's Law y Richards' Equation. Estas características permiten modelar el flujo de fluido saturado o insaturado dentro de un enfoque de permeabilidad dual, donde están presentes dos sistemas porosos distintos e interconectados. El enfoque de permeabilidad dual se puede aplicar a casos en los que ambos sistemas porosos están completamente saturados y tienen permeabilidades variables. Pueden verse estas nuevas funciones en el nuevo modelo tutorial Furrow Irrigation - Dual Permeability.
El nuevo modelo tutorial Furrow Irrigation - Dual Permeability, que muestra una saturación efectiva en los macroporos y microporos del suelo no saturado durante el riego.
Nueva funcionalidad de porosidad dual
Se ha añadido una nueva funcionalidad Dual Porosity Medium a las interfaces Darcy's Law y Richards' Equation. Se puede utilizar para modelar el flujo de fluido saturado que se produce en sistemas porosos interconectados y contrastantes, como cuando un sistema poroso posee poros significativamente más grandes (macroporos) y el otro posee poros más pequeños (microporos). Esta nueva característica se utiliza en el nuevo modelo tutorial Seawater Intrusion in a Coastal Aquifer.
Concentración de sal en un acuífero costero de doble porosidad, como se muestra en el nuevo modelo tutorial Seawater Intrusion in a Coastal Aquifer.
Nuevas interfaces para flujo de medios porosos y libres acoplados
Hay una nueva interfaz multifísica Free and Porous Media Flow, Darcy que, una vez seleccionada, añade una interfaz Darcy's Law, una interfaz Laminar Flow y un nuevo acoplamiento multifísico Free and Porous Media Flow Coupling al árbol del modelo. Esta interfaz multifísica se puede utilizar con la nueva interfaz Phase Transport in Free and Porous Media Flow para modelar perfectamente el transporte multifase en flujo de medios libres y porosos.
Flujo de canal multifásico con una segunda fase que entra a través de un dominio poroso adyacente.
Nuevas opciones de densidad
En las interfaces Darcy's Law y Richards's Equation, hay dos nuevas opciones de tipo de fluido disponibles en el subnodo Fluid de las funcionalidades Porous Medium y Unsaturated Porous Medium. Se han añadido las opciones Incompressible y Compressible, linearized, y la opción predeterminada anterior Gas/Liquid ha pasado a llamarse Compresible para describir mejor la ecuación de estado utilizada para el fluido.
Nuevas opciones para definir la densidad del fluido están disponibles en un menú desplegable. Se muestra en el modelo tutorial Buoyancy Flow with Darcy's Law — The Elder Problem.
Contribuciones adicionales de velocidad
Un nuevo subnodo de Contributing Velocity está disponible para las funciones Porous Medium, Unsaturated Porous Medium y Dual Porosity Medium dentro de las interfaces Darcy's Law y Richards' Equation. Esta nueva característica permite añadir contribuciones de velocidad externas a la velocidad de Darcy, que pueden surgir, por ejemplo, debido a los gradientes de concentración de soluto en el flujo de líquido o la difusión de Knudsen en aplicaciones de flujo de gas.
Contaminación del agua subterránea, con el flujo de agua subterránea en un acuífero establecido a una velocidad constante, como se muestra en el nuevo modelo tutorial Modeling Groundwater Contamination.
Nuevos gráficos y variables para la funcionalidad Well
La funcionalidad Well se ha actualizado para incluir cantidades globales predefinidas para evaluar las tasas de inyección y producción. Además, ahora están disponibles gráficos predefinidos para tasas de inyección y producción para simulaciones dependientes del tiempo.
Gráfico predefinido para el caudal másico del pozo, que se muestra en el modelo tutorial Geothermal Doublet.
Nueva opción para la selección de estaciones meteorológicas
En el nodo Ambient Properties, se ha añadido una nueva opción de Around location para elegir una estación meteorológica según las coordenadas GPS. Una vez que se han proporcionado la latitud y longitud de una ubicación específica, la función muestra las 100 estaciones meteorológicas más cercanas utilizando la fórmula de Haversine. Esto simplifica la selección de la estación meteorológica más cercana cuando una ubicación no corresponde exactamente a una estación existente.
Nuevos modelos tutoriales
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Seawater Intrusion in a Coastal Aquifer |
Furrow Irrigation — Dual Permeability |
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Modeling Groundwater Contamination |
6.1
NOVEDADES
La versión 6.1 proporciona capacidades mejoradas para modelar fracturas, la flexibilidad para especificar transiciones de fase definidas por el usuario y dos nuevos modelos tutoriales.
Datos climáticos: ASHRAE 2021
Pueden definirse propiedades ambientales, como temperatura, humedad, precipitación y radiación solar, desde un nodo Ambient properties bajo Definitions > Shared Properties. Junto con la posibilidad de añadir datos metereológicos definidos por el usuario, las variables ambientales pueden calcularse desde medidas promediadas mensual y horariamente desde valores en manuales proporcionados por la American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Los datos meteorológicos del manual ASHRAE han sido integrados en COMSOL Multiphysics® y contiene datos ambientales desde más de 8500 estaciones meteorológicas de todo el mundo. Puede verse esta adición en el modelo tutorial existente "Glacier Flow".
Campo de temperaturas (isosuperficies) a lo largo de un glaciar, modelado a partir de los datos de ASHRAE 2021 para definir las condiciones de contorno externas como el flujo de calor y la radiación superficie a ambiente.
Manipulación mejorada de fracturas
En las interfaces Darcy's Law y Fracture Flow, ahora las fracturas se definen utilizando propiedades específicas de fase con el nodo Fracture. Esta función contiene un subnodo Fluid que describe fluidos, como gas, líquido o gas ideal, y un subnodo Fracture Material que tiene en cuenta las propiedades de fractura, como la porosidad o transmisividad. Bajo los ajustes de Fracture, se puede describir el flujo como Darcian (lento) o no Darcian (rápido), y se dispone de un nuevo modelo Linearized storage. En la interfaz Darcy's Law, se puede seleccionar si las fracturas son altamente conductivas, como en canales abiertos, o si pueden representarse por barreras estrechas.
El nodo Fracture también se ha añadido a las interfaces Transport of Diluted Species in Fractures y Transport of Diluted Species in Porous Media y es consistente con otros nodos de fractura para tranporte en medios porosos. Puede verse estas mejoras en el modelo tutorial existente "Geothermal Doublet" y "Flow in a Fractured Reservoir".
Model Builder muestra el nuevo diseño para la funcionalidad Fracture en la interfaz Darcy's Law. Los correspondientes ajustes muestran las nuevas opcioines para modelar el flujo de fractura.
Transición de fase definida por el usuario
En la interfaz Heat Transfer in Porous Media el subnodo Phase Change Material ahora incluye una opción para introducir funciones de transición de fase definidas por el usuario. Esta opción permite utilizar descripciones de cambio de fase precisas desde datos medidos. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Phase Change in a Semi-Infinite Soil Column - Lunardini Solution" y el existenet "Frozen Inclusion".
Ajustes para la función Phase Change para usar una función de transición de fase definida por el usuario para modelar la fundición de una inclusión congelada.
Acoplamiento multifísico barrera delgada
La interfaz Multiphase Flow in Porous Media contiene un nuevo acoplamiento multifísico Thin Barrier. Esta funcionalidad es opcional y posibilita añadir una capa delgada que actúa como resistencia para campos de flujo de todas las fases, sin tener que mallar el grosor de la capa.
The new Thin Barrier multiphysics coupling for multiphase flow in porous media.
Nuevos gráficos predefinidos
Ahora es posible añadir gráficos predefinidos por las interfaces físicas después de que se calcule un estudio. La nueva ventana Add Predefined Plots, que puede abrirse desde la barra de herramientas en la sección Results, permite seleccionar desde una serie de gráficos predefinidos. Los gráficos disponibles se organizan en una estructura de árbol donde se puede seleccionar el gráfico que se desea añadir utilizando el botón Add Plot. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo tutorial existente "Pesticide Transport and Reaction in Soil".
Un nuevo gráfico predefinido está disponible para la saturación efectiva en un medio poroso insaturado.
Nuevos modelos tutoriales
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Phase Change in a Semi-Infinite Soil Column - Lunardini Solution |
CO2 Storage in a Geologic Formation |
6
NOVEDADES
La versión 6.0 ofrece una gestión mejorada de materiales porosos, flujo no isotérmico en medios porosos y términos fuente para la interfaz de ecuaciones de aguas poco profundas.
Flujo no isotérmico en medios porosos
La nueva interfaz multifísica de Flujo no isotérmico, Ecuaciones de Brinkman añade automáticamente el acoplamiento entre la transferencia de calor y el flujo de fluido en medios porosos. Combina las interfaces Transferencia de calor en medios porosos y Ecuaciones de Brinkman. Puede verse esta nueva característica en el modelo tutorial Free Convection in a Porous Medium.
El ejemplo tutorial Free Convection in a Porous Medium hace uso de la nueva funcionalidad de flujo no isotérmico. Temperatura (K) en una estructura porosa sometida a gradientes de temperatura y posterior convección libre.
Mejoras en la transferencia de calor en medios porosos
La transferencia de calor en la funcionalidad de medios porosos se ha renovado para que sea más fácil de utilizar. Una nueva área física de Medios porosos ahora está disponible bajo la rama de Transferencia de Calor e incluye las interfaces de Transferencia de calor en medios porosos, Desequilibrio térmico local y Transferencia de calor en lecho empacado. Todas estas interfaces son similares en su función, con la diferencia de que el nodo de Medio Poroso por defecto dentro de todas estas interfaces tiene una de las tres opciones seleccionadas: Equilibrio local térmico, No equilibrio local térmico, o de Lecho empacado. La última opción se ha descrito anteriormente y la interfaz de Desequilibrio térmico local ha sustituido al acoplamiento multifísico y corresponde a un modelo de dos temperaturas, una para la fase fluidica y otra para la fase sólida. Las aplicaciones típicas pueden implicar un calentamiento o enfriamiento rápido de un medio poroso debido a una fuerte convección en la fase líquida y una alta conducción en la fase sólida como en las espumas metálicas. Cuando se selecciona la interfaz de Equilibrio térmico local, se encuentran disponibles nuevas opciones de promediado para definir la conductividad térmica efectiva según la configuración del medio poroso.
Además, las variables de posprocesado están disponibles de forma unificada para cantidades homogeneizadas para los tres tipos de medios porosos.
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.
El nuevo nodo Materiales para material poroso ejemplificado en un modelo multiescala de un lecho empacado.
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.
Términos fuente para la interfaz de ecuaciones de aguas poco profundas
Las ecuaciones de aguas poco profundas dan una aproximación 1D o 2D de los flujos poco profundos promediando a lo largo de la profundidad. La lluvia, los afloramientos locales, los dispositivos de bombeo o las tensiones en los límites deben introducirse como términos fuente en las ecuaciones del modelo. Esto era posible anteriormente a través de la vista de ecuaciones, pero la capacidad de añadir fuentes de impulso y masa ahora está disponible como configuraciones predefinidas en la interfaz de flujo.
Nuevos modelos tutoriales
Glacier Flow: A 2D Study of Cold and Temperate Glaciers
Distribución de temperatura tras 10 años de tiempo simulado para un flujo de calor dado al fondo (modelo de glaciar frio).
5.6
NOVEDADES
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.
Concentración de contaminante en suelo insaturado.
Características renovadas de los medios porosos para el transferencia de calor
Se ha renovado el nodo Medio poroso en la interfaz de Transferencia de Calor. Las fases sólida y fluida ahora se manejan en contenedores dedicados, específicamente los nodos de Matriz porosa y Fluido. El cálculo de las propiedades efectivas del material se maneja en el nodo Medio poroso, mientras que las propiedades sólidas y fluidas se introducen en los subnodos Matriz porosa y Fluido. También puede incluirse una fase de líquido inmóvil adicional añadiendo un nodo de Fluido inmóvil.
En el nuevo nodo Medio poroso, los ajustes se homogeneizan con los de las características del medio poroso en las interfaces de flujo de fluido y transporte de especies químicas. En particular, ahora se especifica la Porosidad en lugar de la fracción de volumen de la fase sólida. Además, puede establecer las propiedades de Carga seca o las propiedades de la Fase sólida, según la disponibilidad de estas propiedades del material.
Con el nuevo diseño, puede aprovecharse la nueva funcionalidad de Material poroso en el nodo Materiales, en el que la porosidad, las fracciones de volumen y las propiedades del material se establecen en contenedores dedicados a cada fase: los nodos Sólido, Fluido e Inmóvil.
El modelo Frozen inclusion utiliza la nueva funcionalidad Material poroso y Medio poroso.
Nuevo complemento para crear Redes de fractura discreta (DFN)
Las redes de fractura son un importante mecanismo que mejora el transporte de masa, momento y energía en flujo de aguas subterráneas, reservas de petróleo y geotérmicas, Fracture networks are an important mechanism that enhances mass, momentum, and energy transport in groundwater flow, geothermal and petroleum reservoirs, instalaciones de almacenamiento de residuos nucleares, y más. Está disponible un nuevo complemento para crear Redes de fractura discreta en geometrías realistas, como yacimientos y formaciones rocosas. El complemento trabaja en geometrías 2D y 3D. Puede verse el nuevo complemento en el modelo "Flow in a Fractured Reservoir".
Flujo en un yacimiento fracturado utilizando el complemento Discrete Fracture Network.
Ecuaciones de aguas poco profundas
La aproximación de aguas poco profundas se aplica con frecuencia en aplicaciones oceanográficas y atmosféricas para predecir los efectos de los impactos de los tsunamis, las áreas afectadas por la contaminación, la erosión costera y el derretimiento de la capa de hielo polar, por mencionar algunos casos. La nueva interfaz Ecuaciones de Saint-Venant, explícito en el tiempo (Shallow Water Equations), utiliza una formulación promediada en profundidad para resolver flujos de superficie libre en dominios 1D y 2D. La topografía del fondo en un modelo se puede definir convenientemente a partir de un modelo de elevación digital (DEM). Puede verse esta característica en el nuevo modelo tutorial "Tsunami Runup into a Complex 3D Beach, Monai Valley".
Nuevos modelos tutoriales
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Flow in a Fractured Reservoir |
Analyzing Porous Structures on the Microscopic Scale |
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Tsunami Runup onto a Complex 3D Beach, Monai Valley |
Dam Breaking on a Column, Shallow Water Equations |
5.5
NOVEDADES
COMSOL ® versión 5.5 incluye la tasa de precipitación en datos Ambient, una nueva interfaz Reacting Flow in Porous Media y una nueva interfaz Heat Transfer in Fractures.
Propiedades ambientales
Las propiedades ambientales, como la temperatura, la humedad relativa, la presión absoluta y la velocidad del viento, se pueden definir desde un nodo Ambient Properties bajo Definitions>Shared Properties. Junto con la posibilidad de agregar datos meteorológicos definidos por el usuario, se dispone de dos conjuntos de datos meteorológicos que contienen datos ambientales de varias estaciones meteorológicas del mundo. Se puede seleccionar que se calculen a partir de mediciones promediadas mensualmente y por hora a partir de los valores proporcionados en los manuales ASHRAE 2013 y ASHRAE 2017, recopilados a partir de datos medidos por estaciones meteorológicas de todo el mundo y proporcionados por la American Society of Heating, Refrigerating, and AirConditioning Engineers (ASHRAE). Cuando se realizan estudios transitorios, los datos climáticos se sincronizan automáticamente. Además, se agrega una nueva condición de contorno Precipitaton a la interfaz Darcy's Law, para tener en cuenta la tasa de precipitación dada por el nodo Ambient Properties.
Nueva interfaz de flujo de reacción en medios porosos
Con la nueva interfaz multifísica Reacting Flow in Porous Media, Transport of Diluted Species, se puede estudiar el flujo y la composición química de un gas o líquido que se mueve a través de los intersticios de un medio poroso. La interfaz multifísica combina las interfaces Brinkman Equations y Transport of Diluted Species in Porous Media. El acoplamiento multifísico Reacting Flow, Diluted Species se añade para acoplar el flujo de fluido y el transporte de masa. Se supone que las especies químicas son solutos disueltos en un solvente de concentración significativamente más alta.
Nueva interfaz de transferencia de calor en fracturas
Con la nueva interfaz Heat Transfer in Fractures, se puede estudiar la transferencia de calor en medios porosos fracturados. Con esta interfaz, no se necesita representar el grosor de fractura en la geometría. Proporciona un modelo concentrado para un modelado rentable y ajustes dedicados para definir el fluido y las propiedades del material. Además, la velocidad de flujo en la fractura se puede tomar de la interfaz Fracture Flow.
Flujo de fluidos (líneas de corriente) y transporte de calor (color) en fracturas. La altura representa la apertura de fractura.
Nuevos modelos de adsorción
Las interfaces Transport of Diluted Species in Porous Media y Transport of Diluted Species in Fractures incluyen dos nuevas isotermas de adsorción para predecir la adsorción de especies disueltas en medios porosos. Las isotermas Brunauer– Emmett–Teller (BET) y Toth se añaden a las isotermas Langmuir y Freundlich existentes.
Nuevas condiciones de contorno de entrada de masa
Las condiciones de contorno Inlet y Outlet en la interfaz Darcy's Law se han ampliado para incluir la posibilidad de especificar la presión y el flujo de masa en el nodo Inlet y la presión en el nodo Outlet.
Flujo no darciano
La ley de Darcy y la corrección de Brinkman a la ley de Darcy solo se aplican cuando la velocidad intersticial en los poros es lo suficientemente baja como para mantener la aproximación de flujo progresivo. Para velocidades intersticiales más altas, se puede añadir una corrección no lineal adicional en la ecuación de momento. Las interfaces Brinkman Equations, Free and Porous Media Flow y Darcy's Law incluyen configuraciones no darcianas para el modelo de permeabilidad. Las opciones disponibles son los modelos Forchheimer y Ergun para las ecuaciones de Brinkman, y los modelos Forchheimer, Ergun, Burke–Plummer y Klinkenberg para las interfaces Darcy's Law y Multiphase Flow in Porous Media.
Modelo de flujo no darciano en la interfaz de ecuaciones de Brinkman.
5.4
NOVEDADES
Formulación actualizada para los nodos Flujo y Sin flujo incluidos en las interfaces de Transporte de especies diluidas y Transporte de especies diluidas en medios pororos.
- El flujo relativo al flujo convectivo está presecrito en lugar del flujo total
- La nueva formulación implica qu elos nodos pueden ser utilizados en una geometría de malla móvil sin compensar la velocidad del contorno.
- Visualización de la ecuación actualizada para las ecuaciones gobernantes y condiciones de contorno. Ecuaciones actualizadas para formularlas en términos del flujo relativo al flujo convectivo.
Existe una formulación actualizada para la funcionalidad Gravity incluida en las interfaces Darcy's Law, Fracture Flow y Richards' Equation.
Existe una nueva formulación para el nodo de Simetría incluida en la interfaz Two-Phase Darcy's Law.
Nuevas interfaces de transporte de fase
La nueva interfaz Phase Transport in Porous Media se utiliza para simular el tranporte de múltiples fases inmiscibles a través de medios porosos. La interfaz resuelve las fracciones de volumen promedio (saturación) de las fases sin seguimiento de la interfaz entre las diferentes fases. Se tienen en cuenta efectos interfaciales microscópicos a través de funciones de presión capilar.
La nueva interfaz Multiphase Flow in Porous Media combina la funcionalidad de las interfaces Darcy's Law y Phase Transport in Porous Media. Esta interfaz multifísica esta dedicada a modelar flujo y transporte de múltiples fases inmiscibles en un medio poroso.
La nueva interfaz Phase Transport se utiliza para simular el transporte de múltiples fases inmiscibles en flujo libre. Esta interfaz resuelve las fracciones de volumen promedio de las fases en flujo laminar o creciente, sin seguimiento de la interfaz entre ellas.
5.3a
NOVEDADES
La versión 5.3a incluye los nuevos modelos de permeabilidad Kozeny-Carman y Ley cúbica, así como cuatro nuevos modelos tutoriales.
Modelo de permeabilidad de Kozeny-Carman
El modelo de permeabilidad de Kozeny-Carman, disponible para la interfaz de Ley de Darcy en COMSOL Multiphysics 5.3a, permite estimar la permeabilidad de medios granulares a partir de la porosidad y el diámetro de las partículas.
Modelo de permeabilidad Cubic Law para flujo de fractura
La llamada ley cúbica para la transmisiviad de fractura ahora está disponible en la interfaz Flujo de fractura. Este modelo calcula la permeabilidad a partir de valores definidos por el usuario para la apertura de fractura (espesor de fractura) y el factor de rugosidad.
Funcionalidad de barrera fina en la interfaz de Ley de Darcy para dos fases
La interfaz de Ley de Darcy para dos fases ahora puede utilizarse para definir paredes permeables en contornos interiores. Estos contornos interiores son utilizados para representar estructuras delgadas, de baja permeabilidad. La funcionalidad Barrera fina evita un mallado costoso de estructuras finas, como geotextiles o placas perforadas. Además, la permeabilidad de la pared interior puede ser isotrópica o anisotrópica.
Interfaz de flujo en medios libre y poroso renovada
Con la nueva versión de la interfaz Flujo en medio libre y poroso se puede acoplar flujo laminar o libre turbulento con flujo en medios porosos. Esta interfaz sigue siendo única en su acoplamiento con las interfaces electroquímicas para el modelado de electrodos porosos.
Nuevo modelo tutorial: Permeability estimation
Este nuevo tutorial demuestra la capacidad de COMSOL para estimar la permeabilidad de un material poroso creando un modelo del flujo de fluido detallado en una célula unidad pequeña. La permeabilidad calculada puede utilizarse en modelos homogeneizados utilizando la ley de Darcy o las ecuaciones de Brinkman.
Flujo en una célula unidad representativa de un medio poroso que consta de partículas esféricas. Los cálculos de la célula unidad se utilizan para calcular las propiedades de transporte efectivas para el dominio poroso homogeneizado.
Nuevo modelo tutorial: Geothermal Doublet
Este tutorial muestra cómo utilizar COMSOL para modelar dobletes geotérmicos. Un doblete geotérmico se utiliza para producir aguas subterraneas calientes, extraer calor y reinyectar el agua refrigerada en el subsuelo. El calor extraído puede ser utilizado para calentamiento doméstico, o convertido en energía eléctrica.
El gráfico de superficie de segundo plano muestra la coordenada z (leyenda derecha), la superficie de fractura muestra la temperatura (leyenda izquierda), y las líneas de corriente muestran el campo de velocidad de Darcy (sin leyenda) en el doblete geotérmico.
Nuevo modelo tutorial: Solute injection
Este modelo tutorial muestra la aplicación de COMSOL a un caso de referencia de flujo de subsuelo y tranporte de soluto. El modelo hace un seguimiento de un contaminante que entra en un acuífero en un punto, como una perforació de inyección o un vertido tóxico, y se dispersa con el tiempo a través del acuífero. Los resultados del modelo se comparan entonces con la solución analítica.
Campo de concentración (en ppm) de un contaminante alrededor de un punto de inyección en un acuífero con un flujo advectivo neto, de izquierda a derecha en el gráfico. El penacho del contaminante es el resultado de la advección y dispersión en el dominio poroso.
Nuevo modelo tutorial: Solute transport
Este modelo tutorial muestra la aplicación de COMSOL a un caso de referencia de flujo de subsuelo y transporte de soluto transitorio. La simulación hace un seguimiento del transporte de soluto en flujo de agua subterranea teniendo en cuenta las dispersividades longitudinal y transversal. El modelo cubre un área de 16 km2 durante 1000 días, y los resultados se comparan con soluciones analíticas en una referencia.
Concentración de soluto (tabla de colores) obtenidas de un modelo de referencia para flujo de aguas subterráneas. Las líneas de corriente grises muestran la dirección del flujo, arrancando en la esquina lejana y acabando en la esquina más cercana al plano de la vista.
5.3
NOVEDADES
Subsurface Flow Module, en su versión 5.3, incluye tres nuevas condiciones de contorno: Well, Pared interior y Thin barrier.
Nueva condición de contorno Well
Las interfaces de Ley de Darcy, Ecuaciones de Richards y Ley de Darcy para dos fases ahora incluyen una opción para modelar pozos (Well) muy fácilmente. La nueva condición de contorno Well posibilita seleccionar aristas en 3D o puntos en 2D, donde esten activos pocox de inyección o pozos de producción. Los ajustes para la funcionalidad Well incluyen entrar el diámetro del pozo, escoger el tipo de pozo y especificar una presión de inyección o flujo de masa.
Nueva condición de contorno Pared
Las interfaces de Ley de Darcy, Ecuaciones de Richards y Ley de Darcy para dos fases ahora pueden definier paredes interiores delgadas. La funcionalidad de Pared interior es útil para evitar tener que mallar estructuras impermeables delgadas incrustadas en medios porosos, como retener paredes, placas, planchas, etc reduciendo tiempo y recursos computacionales.
Nueva condición de contorno Thin barrier
En las interfaces de Ley de Darcy y Ecuaciones de Richards ahora se pueden definir paredes permeables en contornos interiores con la condición de contorno Thin barrier. Estas condiciones de contorno típicamente se utilizan para representar estructuras delgadas poco permeables. Con la condición de contorno Thin barrier se evita mallar estructuras delgadas como geotextiles o placas perforadas, reduciendo los costes de tiempo y recursos computacionales.
Nueva interfaz de Tranporte de especies diluidas en fracturas
Las Fractura tienen un grosor que es muy pequeño en comparación con sus dimensiones de longitud y anchura. A menudo es difícil de modelar el tranporte de especies químicas en tales fracturas teniendo que mallar el grosor de la superficie de la fractura, debido a la relación de aspecto que hay que tratar por las grandes diferencias en las dimensiones de los tamaños. La nueva interfaz de Transportr de especies diluidas en fracturas trata la fractura como una placa, donde únicamente las dimensiones transversales son malladas como una malla superficial..
La interfaz permite definir el grosor medio de la fractura, así como la porosidad en los casos donde la fractura se considera como una estructura porosa. Para el transporte de especies químicas, la interfaz permite la definición de modelos de difusividad efectiva para incluir efectos de porosidad. Se puede acoplar transporte convectivo a una interfaz de Flujo de película delgada o incluyendo sus propias ecuaciones para definir el flujo del fluido a través de la fractura. Además, puede definirse que ocurran reacciones químicas dentro de las fracturas, en sus superficies o en un medio poroso que abarque la fractura.
Transporte de especies diluidas a lo largo de una superficies de fractura ligeramente curvada. La superficie curvada consta de una tortuoso camino grabado a tavés de la superficies donde existen flujo y tranporte de especies químicas.
Superficies de fractura en la interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos
En casos donde el tranporte courre en una fractura, estructura porosa 3D, la nueva condición de contorno Fractura permite modelar transporte en fracturas delgadas sin tener que mallarlas como entidades 3D. La condición de contorno Fractura es incluida en la interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos (ver imagen) y tiene los mismos ajustes que la interfaz de Tranporte de especies diluidas en fracturas (descrita aneriormente). El flujo de fluido y el tranporte de especies químicas se acoplan perfectamente entre una estructura de medio poroso 3D y un flujo de fluido y tranporte de especies químicas en una fractura.
la imagen inferior muestra el campo de concentración en un modelo de reactor poroso. En el modelo, una fractura retorcida "filtra" reactantes profundamente en el catalizador poroso, de izquierda a derecha, a una velocidad más rápida que el tranporte a través del medio poroso. Esto ocurre así porque la superficie de la fractura tiene una porosidad media mucho más alta en comparación con el catalizador poroso circundante, que proporciona una tasa de tranporte de masa más alto.
Niveles de concentración a través del reactor 3D y concentración de superficie en la superficie de la fractura. La tasa de transporte de masa más alta en la superficie de la fractura proporciona una penetración más grande (de derecha a izquierda) de especies no reaccionadas en la cama del catalizador. Se puede ver que el cambio en la concentración de derecha a izquierda es muy pequeña en la superficie de la fractura (de 0.63 a 0.62 mol/m3)
5.2a
NOVEDADES
5.2a proporciona una nueva interfaz de Poroelasticidad, la funcionalidad Gravedad y el tipo de gráfico Flownet.
Nueva interfaz de poroelasticidad
Existe un nuevo acoplamiento multifísico de Poroelasticidad entre Mecánica de sólidos y Ley de Darcy. Cuando se añade una interfaz de Poroelasticidad en COMSOL Multiphysics® 5.2a, se crean estas dos interfaces físicas separadas y el acoplamiento multifísico, como una serie de nodos. Esto proporciona acceso a toda la funcionalidad disponible en las interfaces constituyentes. Como ejemplo, ahora se puede modelar poroelasticidad añadiendo un nodo de Plasticidad del suelo en la interfaz de Mecánica de sólidos.
Distribución de tensión en un análisis poroelástico, del modelo tutorial Failure of a Multilateral Well de la Librería de aplicaciones.
Gravity Feature
Ahora se dispone de una funcionalidad Gravedad para la Ley de Darcy, la ecuación de Richards y las interfaces de Flujo de fractura. Una fuerza de volumen igual a ρg se añade a todos los dominios donde la interfaz de flujo de fluido está activa y una funcionalidad Gravedad aparece en el árbol del modelo.
Se dispone de dos formulaciones para especificar el campo de velocidad de Darcy bajo gravedad: Aceleración de gravedad (por defecto), y Elevación.
Nuevo gráfico Flownet La interfaz de la Ecuación de Richards en geometrías 2D y 2D con simetría axial ahora genera un grupo de gráfico Flownet 2D por defecto. Este gráfico combina un gráfico de líneas de flujo para el campo de velocidad de Darcy y un gráfico de niveles para la variable de cabeza de presión.
La interfaz de la Ecuación de Richards muestra el nuevo grupo gráfico Flownet. Nótese la combinación de gráficos de niveles y líneas de flujo.
5.1
NOVEDADES
Uso mejorado de reacciones químicas en medios porosos
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El término de fuente de Reacciones en las interfaces de transporte de especies diluidas en medios porosos ahora proporciona las siguientes opciones para tener en cuenta la base de volumen de reacción para medios porosos saturados e insaturados:
Utilizar los datos de la literatura para las expresiones cinéticas es más simple y produce menos errores, ya que pueden tabularse para diferentes bases de volumen. |
 Ahora puede seleccionar la relación de reacción apropiada como base para la expresión de velocidad de reacción. En este caso se seleccionó la reacción por volumen de poro total. |
Dominios de elementos infinitos en interfaces de ley de Darcy
Las interfaces de Ley de Darcy ahora soportan dominios de elementos infinitos y cálculos más avanzados de flujos de contorno.
5.0
Fracturas
La nueva funcionalidad de Fractura modela transferencia de calor en fracturas como un medio poroso delgado. Al utilizar la funcionalidad de Fractura se evita que el grosor de la fractura tenga que ser representada en la geometría, y proporciona un modelo concentrado para obtener un modelado con poco coste. La funcionalidad de Fractura proporciona ajustes dedicados para definir las partes de fluido y de sólido, así como las propiedades del flujo. El flujo puede definirse por una interfaz de flujo, como, por ejemplo, la interfaz de Flujo de fractura. Esta funcionalidad utiliza la nueva tecnología central para modelar dimensiones extra.
Interfaz de transporte de especies diluidos en medios porosos
La interfaz de Transporte de Especies Diluidos en Medios Porosos es un nuevo punto de entrada en el Asistente de Modelo bajo Transporte de Especies Químicas, con una funcionalidad de dominio de Propiedades de Transporte en el medio poroso (matriz porosa). La interfaz de Transporte de Especies Diluidos en Medios Porosos también incluye métodos de estabilización numérica para las funcionalidades de medios porosos. Esto proporciona campos de concentración suaves incluso en los casos donde algunas regiones del domino sean resueltas numéricamente de forma insuficiente. También incluye la funcionalidad de Fuente de Especie, que tiene en cuenta las fuentes (o sumideros) de especies químicas en dominios porosos.
Funcionalidad de medio poroso parcialmente saturado
La funcionalidad de medio poroso parcialmente saturado en la interfaz de transporte de especie diluido permite el modelado de convección, difusión, adsorción, dispersión y volatilización en dominios porosos parcialmente saturados. Además, una nueva funcionalidad de propiedades de transporte en medios porosos en la interfaz de transporte de especies diluidos proporciona acceso a la misma funcionalidad. También incluye la funcionalidad de Fuente de Especie, que tiene en cuenta las fuentes (o sumideros) de especies químicas en dominios porosos.
Concentraciones basadas en la masa
La funcionalidad de Concentraciones basadas en la masa en la interfaz de transporte de especies químicas permite especificar la densidad de solvente y la masa molar por especie.
Condición de flujo de entrada de Danckwerts
Una nueva opción para el flujo de entrada de Danckwerts está disponible en la funcionalidad de Flujo de Entrada de las interfaces de Tranporte de Especies Diluidos y Nernst-Planck.
COMSOL Multiphysics 6.3