地下水流モジュールアップデート

COMSOL Multiphysics® バージョン 6.0 では, 地下水流モジュールのユーザー向けに, 多孔質材料, 多孔質媒体中の非等温流, および浅水方程式インターフェースにおけるソース項の取り扱いが改良されています. これらのアップデートの詳細については, 以下をご覧ください.

非等温流れ (多孔質媒体)

新しい非等温流 (ブリンクマン方程式) マルチフィジックスインターフェースは, 多孔質媒体内の熱伝達と流体流れの間のカップリングを自動的に追加します. これは, 多孔質媒体の熱伝達とブリンクマン方程式のインターフェースを組み合わせたものです. この新機能は, 既存の Free Convection in a Porous Medium チュートリアルモデルで使われています.

A porous structure showing the temperature in the Heat Camera color table.
チュートリアルの例である多孔質媒体内の自然対流の中で使われている新しい非等温流機能. 温度勾配とそれに続く自然対流にさらされた多孔質構造の温度 (K).

伝熱 (多孔質媒体) の改善

多孔質媒体の伝熱機能が刷新され, よりユーザーフレンドリーになりました. 新しい多孔質媒体のフィジックスエリアは, 伝熱ブランチの下に備わっており, 多孔質媒体の伝熱, 局所熱非平衡, パックドベッドの伝熱などのインターフェースが利用可能です. これらすべてのインターフェースの機能は似ていますが, 異なる点は, インターフェース内のデフォルトの多孔質媒体ノードで, 局所熱平衡, 局所熱非平衡, またはパックドベッドの3つのオプションの内, いずれかが選択されていることです. 後者のオプションについては前述のとおりです. マルチフィジックスカップリングの代替として登場した, 局所熱非平衡インターフェースは, 流体相と固相の2つの温度モデルに対応しています. 典型的な応用例として, 多孔質媒体を急速に加熱または冷却することが挙げられます. これは, 金属発泡体のように, 液相では強い対流が, 固相では高い伝導があるためです. 局所熱平衡インターフェースを選択すると, 多孔質媒体の構成に応じて, 有効な熱伝導率を定義するための新しい平均化オプションが利用できます.

さらに, 後処理のための変数は, 3種類の多孔質媒体の均質化された量を統一した形で利用できます. この新しい多孔質媒体の機能は, 以下の既存のチュートリアルモデルで確認できます:

各段に向上した多孔質材料の取扱い

多孔質材料は多孔質材料ノードの相固有特性テーブルで定義されるようになりました. さらに, サブノードは各フェーズに複数のサブノードを定義できるソリッドおよび流体機能に追加できます. これにより, 材料特性と設定を複製することなく, 流体流れ, 化学種輸送, および熱伝達に1つの同じ多孔質材料を使用できます.

A closeup view of the Model Builder with the Porous Material node highlighted, the corresponding Settings window, and a packed-bed reactor model in the Graphics window.
充填ベッドのマルチスケールモデルで例示されている多孔質材料の新しい材料ノード.

ブリンクマン方程式インターフェースの多孔質スリップ

多孔質媒体内の流れの境界層は非常に薄く, ブリンクマン方程式モデルで解くのは実用的でない場合があります. 新しい多孔質スリップ壁処理オプションを使用すると, 境界層の完全な流れプロファイルを解像せずに壁を考慮することができます. 代わりに応力条件が表面に適用され, 境界層速度プロファイルの漸近解を利用することにより, バルク流れに適切な精度が得られます. この機能は ブリンクマン方程式インターフェース設定ウィンドウで有効化され, デフォルトの壁の状態に使用されます. この新機能はブリンクマン方程式で記述された地下水流を含み, モデル領域が大きいほとんどのモデルで使用できます.

A closeup view of the Model Builder with the Brinkman Equations node highlighted, the corresponding Settings window, and a porous reactor model in the Graphics window.
ブリンクマン方程式インターフェースの設定ウィンドウで設定可能になった多孔質スリップオプション.

浅水方程式インターフェースのソース項

浅水方程式は, 深さに沿って平均化することにより, 浅水流の 1D または 2D 近似を与えます. モデル方程式のソース項として, 雨, 局所湧昇, 揚水装置, または境界応力を導入する必要があります. これは, 以前は方程式ビューで可能でしたが, 運動量と質量のソースを追加する機能が, 流れインターフェースの事前定義された設定として利用できるようになりました.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics® バージョン6.0 では地下水流モジュールに新しいチュートリアルモデルが加わりました.