COMSOL Subsurface Flow Module 6.2

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

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

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.