化学反応器などの装置を設計およびモデル化する場合, システムの特性を表すために使用される量の1つは滞留時間です. この計算は流れ場の計算とは別に, 粒子追跡モジュールを使用して行うことができます. 詳細を学びましょう…
滞在時間やその他の要素の計算
バイオセンサーに似た小さな流れセルをモデル化していると仮定します. 流体力学解析から開始し, 一連の障害物の周りの水の流れを計算します. この場合, 下の画像に示すように, 問題を 2 次元の計算モデルに縮小できます.
反応器の障害物の周りの水の流れの画像.
流れ場が計算されたら, 次のものをプロットして計算します:
- 滞留時間分布関数
- 累積分布関数
- 平均滞在時間
- 変分
これらの量を解くには, 流れ場を解くために使用される オイラー定式化 を使用するのではなく, 流体とともに移動する計算粒子をラグランジュ定式化を使用して追跡するのが最も便利です. このため, 粒子追跡結果を簡単に評価するために使用できる組み込み機能に加えて, 粒子追跡モジュール の機能を使用してこれに対処します.
COMSOL® ソフトウェアの粒子追跡機能の使用
粒子追跡モジュールを使用して流れ場の流線を追跡し, これらの流線に沿って積分する方法については, このラーニングセンターの記事 流線に沿った積分と粒子統計の抽出 で説明しています. これらの方法に加えて, 以前のブログ COMSOL Multiphysics® で粒子をカウントするさまざまな方法 で説明されているように, 流れの中の粒子を記録する追加の手法があります.
流れの流線. 流れに沿って追跡された粒子がその点に到達するのにかかる時間によって色分けされます.
上記の結果は, 計算粒子が流線に沿って追跡される時間を可視化したものです. 出口での滞留時間分布と累積分布は, 以下のグラフに示されています. 上記の ラーニングセンターの記事 で説明されているように, 平均滞留時間や分散などのスカラー値を抽出することもできます.
滞留時間分布（左）と累積分布（右）のプロット.
おわりに
ここでは流れ場の流線のみを追跡しましたが, 粒子追跡モジュールの機能は流れ場の解析を拡張するための幅広い用途があります. その名前が示すように, 流れの中の実際の粒子を考慮したい場合に特に便利です. その場合:
- 粒子の慣性
- 粒子サイズ分布
- 輸送中のサイズ/質量の変化
- 移動する粒子で解いた任意の追加の支配常微分方程式
- 粒子に働く力
- 抗力
- 乱流分散
- 揚力
- 重力
- 遠心力
- 電気
- 誘電泳動
- 磁気
- 磁気泳動
- ブラウン運動 (分子拡散)
- 熱泳動
- 音響泳動
- 粒子–粒子相互作用
- 流体-粒子相互作用連成
利用可能なその他の定式化の概要については, 以前の 流体中の粒子追跡に関するブログ を参照してください.
次のステップ
下のボタンをクリックして, 粒子追跡モジュールの特殊な機能について詳しく学んでください.
コメント (0)