COMSOL Multiphysics^® 5.6 リリースハイライト

化学反応工学モジュールアップデート

化学反応工学モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン 5.6は, 反応系をモデル化するための次の新機能を提供します. 自動反応平衡, 事前定義された熱力学系, および濃縮種の輸送用の反応ペレットです. この新しい機能は, モジュールのアプリケーションライブラリの新しいチュートリアルで例示されており, モデルの開始点として使用できます. これらの化学反応工学機能の詳細については, 以下をご覧ください.

自動反応平衡化

多くの反応物や生成物が関係する化学反応式のタイプミスやエラーは, モデルを定義するときに発見するのが難しい場合があります. COMSOL Multiphysics^® バージョン5.6では, 化学反応工学モジュールは, 反応の化学量論的平衡を実行するために化学元素の解析を導入します. 原子平衡は, 化学元素が化学反応式で保存されることを保証します. 「平衡」ボタンをクリックすると, 全ての元素を保存するために化学量論係数が自動的に計算されます. さらに, 原子要素の解析により, 化 学種(化合物)のモル質量の自動計算も可能になります.

「平衡」ボタンをクリックする前の化学反応式

「平衡」ボタンをクリックした後の化学反応式

事前定義された熱力学系

乾燥空気, 湿潤空気, および水蒸気は, 気候制御をモデル化し, 水または空気中で発生する化学反応のための事前定義された熱力学系として利用できます. さらに, これらの熱力学系は, CFD, 熱伝達, および音響アプリケーションをモデル化するために, 材料ノードで対応する材料を生成することもできます. 空気のさまざまな変異体 (乾燥, 湿潤, 蒸気) は, 窒素, 酸素, 水, アルゴン, 二酸化炭素, ネオン, ヘリウムなどの化学種を自動的に定義します.

乾燥空気, 湿潤空気, および水蒸気のために事前定義された系.

濃縮溶液用の反応ペレット

新しい反応性ペレットベッド機能は, バイモーダル細孔構造を備えた固定床反応器での輸送と反応をモデル化するためのテンプレートを提供します. 例えば, ペレット自体が多孔質である球状ペレットで構成される固定床をモデル化できます. これにより, ペレット間にマクロポアが, 触媒のペレットの内側にミクロポアが見られる系が得られます. マクロポアとミクロポアの濃縮種の輸送と反応は, さまざまな座標系とさまざまなスケールでモデル化されていますが, それらは全て繋がっています.

マイクロスケールの半径座標rは, x, y, zで定義される3Dマクロ系の全ての点で定義されます. そして, マイクロスケールでの輸送方程式と反応方程式が解かれ, マクロスケールでの輸送方程式に結合されます.

反応性ペレットベッド機能は, 固定床反応器内で反応するペレットを指定するためのいくつかの事前定義された設定を提供します. ここに表示されている設定ウィンドウでは, ペレットの形状, ペレットのサイズ分布, 半径, 気孔率, および温度を指定できます.

新しい多孔質媒体の機能

多孔質媒体を処理するための新しい機能は, さまざまな相 (固体, 流体, および不動流体) を定義するために使用できます. 伝熱 (多孔質媒体)インターフェースでは, 多孔質媒体機能を使用して, 各相専用のサブ機能 (流体, 多孔質マトリックス, およびオプションで不動流体) を使用して材料構造を管理します. この新しいワークフローにより, 明確さが増し, ユーザー体験が向上します. また, より自然な方法で多孔質媒体内のマルチフィジックス連成を促進します. 水分輸送および多孔質媒体流れのインターフェースと組み合わせることで, 多孔質媒体の改良における熱伝達により, 多孔質媒体における非等温流と潜熱貯蔵のモデリングが可能になります.

この新しい設定は次のモデルで確認できます:

• heat_pipe
• frozen_inclusion
• evaporation_porous_media_large_rate
• porous_microchannel_heat_sink
• convection_porous_medium
• carbon_deposition
• monolith_3d
• steam_reformer

伝熱 (多孔質媒体) インターフェースの多孔質媒体機能と組み合わされた, 流体, 固体, および不動流体を備えた多孔質材料. 設定ウィンドウには, 多孔質媒体のさまざまな相からの有効熱伝導率を定義するモデルの選択が表示されます.

希釈種輸送のための改良された多孔質媒体機能

多孔質媒体での希釈種輸送インターフェースは, 新しい多孔質媒体ノードを使用するように改良されました. 2つの新しいドメイン機能, 多孔質媒体ノードと不飽和多孔質媒体ノードが, 多孔質媒体インターフェースでの希釈種の輸送で利用できます. 新しい多孔質媒体ノードを使用して, 多孔質媒体の複数の相に材料特性を割り当てることができ ます. 新しいノードには, 液体, 気体, および多孔質マトリックスのプロパティを定義するための専用コンテナがあります. この機能は Ceramic Water Filter with Activated Carbon Core のチュートリアルモデルで示されています.

セラミック浄水器キャンドルの汚染物質濃度

流体の熱伝達における理想気体材料の自動検出

さまざまな伝熱インターフェース内で利用可能な流体機能が更新され, 理想気体の仮定を利用して計算効率が向上しました. 流体タイプリストの新しい[材料から]オプションは, 各ドメイン選択に適用された材料が理想気体であるかどうかを自動的に検出し, いずれの場合にも関連する特性を使用します. これにより, たとえば, 圧縮性の非等温流での圧力仕事を計算するときに, 計算が高速化されます. COMSOL Multiphysics® および 材料ライブラリで利用可能なガスは理想気体としてモデル化されているため, 圧縮性の非等温流を備えた多くのモデルがこの改善により, 効率化されるでしょう.

LED電球の温度分布 (表面プロット) と速度 (矢印と流線). 理想気体の配合を自動的に使用することにより, COMSOL Multiphysics^® バージョン5.6の計算時間は10％短縮されます.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics^® バージョン5.6では3つの新しいチュートリアルモデルが化学反応工学モジュールに追加されました.

ビール発酵反応器

ビール発酵反応器のモデル. このモデルは, 10種類の化学種, 熱伝達, および流体の流れを考慮しています.

アプリケーションライブラリタイトル:
beer_fermentation
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ヒートパイプ

ヒートパイプのモデル. このモデルは, 相変化, 熱伝達, および流体の流れを考慮しています.

アプリケーションライブラリタイトル:
heat_pipe
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フェーズエンベロープ

非理想的なクロロホルム/メタノール混合物の相エンベロープ. 最初に, 混合物の共沸混合物を強調する温度・組成図が作成されます. さらに, エンタルピー・組成図が生成されます.

アプリケーションライブラリタイトル:
phase_envelope
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