多孔介质
通过 Simcenter STAR-CCM+，可以运用使用相应损耗（或“扩散”）系数表示多孔介质的操作概念，模拟如何通过多孔介质传输流体或能量（例如，热量或电荷）。
概述
- 什么是多孔介质？
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多孔介质是渗入了由气体、液体或多相混合物填充的大量孔隙的固体材料。这些孔隙本质上可能相对精细（如同多孔岩石中一样）或粗糙（蜂巢结构和金属丝网）。导热相可以是流体和/或固体材料。孔隙可允许流体流和组分扩散；同样，热量、电流、磁场和声能（仅举数例）可能会通过流体和/或固体材料传输。
在很多应用中，不必以全三维真实感复制多孔结构，而是可以使用损耗系数近似表示此类结构。这将在以下章节和多孔介质理论指南内有关流体流和热传递的内容中详述。
可以使用相关方程内的已修正扩散系数将多孔介质与 Simcenter STAR-CCM+ 中的其他物理模型结合使用，例如电化学反应或组分扩散。
- 应用
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- 过滤和流体调节：蜂巢结构、网格、海绵和纤维材料
- 排气组件：消声器、催化转化器装配和挡板
- 燃料电池组件
- 锂离子电池设计和优化
- 填充层化学反应器
- 表示热交换器单元
- 表示更大结构内的小组件（例如，大型结构（如建筑和油气设施）环流）
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- 定义
- 孔隙率定义为用于传输流体的多孔介质内的开放体积与总体积之比。
- 多孔区域和多孔相（流体流应用）
- 可通过以下两种方式中的一种在 Simcenter STAR-CCM+ 中表示多孔介质：
- 多孔区域
- 多孔介质模型
多孔介质理论指南中将详细介绍这两种方法的实现。
- 多孔区域
- 在以下情况下使用此方法：
- 不需要处理流体的物理速度
- 多孔介质的固相和液相处于热平衡状态
- 多孔介质模型
- 在这种情况下，多孔介质设为已冻结欧拉相，其中设置了材料孔隙率、阻力系数、温度和其他属性。使用多孔介质模型可模拟：
- 多个固相
- 多孔介质内的物理速度（进行瞬态热传递分析时需要）
- 多孔介质的固相和液相之间的热传递
- 正在对其他物理（如化学反应）建模的情况
- 特定相电动势
- 多孔固相中的离子组分通量
无论使用何种方法，均指定区域内的孔隙率、阻力系数和弯曲值。
- 多孔挡板
- 如果多孔介质的厚度与其他尺寸（例如：挡板、膜、网格和过滤器）相比较小，则可使用无限薄的多孔挡板，如多孔挡板建模中所述。
- 网格要求
- 理想情况下，网格应与主流向对齐。定向网格生成器是一种适当的方法；但根据多孔介质的形状，还可以使用广义圆柱体、薄体网格生成器或拉伸网格生成器。
- 求解法
- 根据具体应用，可以使用分求解器或耦合求解器对多孔介质进行求解。以下各节提供了有助于使用这些求解器达到收敛的建议。