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COMSOL在岩土、石油工程、冻土等地球科学领域的应用F

(2009-11-24 22:50:27)
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杂谈

COMSOL Multiphysics地球科学模块总的来说提供三种类型的应用模式:流体流动、热传递、溶质运移。特点:基于多孔介质。用来模拟、调查地球物理现象、环境问题等。

地球科学模块流体流动应用模式提供了描述液体、气体和其它流动介质比如岩浆流动的工具。它提供四大类型的应用模式:Navier-Stokes 方程描述自由流动比如在河流或者井中;对于多孔介质,Brinkman 方程描述速度较快的流动;Darcy law 描述速度较慢的流动,Richards描述饱和非饱和的岩土中的流体流动。不同的应用方程可以任意组合应用或与其它物理方程如溶质输送、热传递、结构变形破坏等等联合求解问题。

地球科学模块中的溶质运移应用模式能够描述单一、多重溶质的运移和反应作用,提供饱和和变饱和两种应用模式。其中饱和应用模式适于模拟饱和的多孔介质、流体,甚至固态的溶质运移。 借助这一应用模式方式,物质能够在一个固体或静态的水体中缓慢的扩散,在裂隙中快速的运移,或者模拟多相温度依赖反应。变饱和的溶质运移应用模式可以模拟诸如杀虫剂、垃圾场沥滤液等等。这些预定义的方程可以非常方便的被应用于模拟环境问题中的污染物在含水层中迁移和被表面活化剂刺激的储油层的物理模型。也适于评估一条河或者废河流中微生物和溶解氧气的运动。

地球科学模块中的热传递应用模式是以描述地质现象中的温度分布为特征,并且课可以自由的耦合其它的应用模式求解复杂的物理模型。适用于包含固体,流体,和流固混合的系统。 预定义了输入流体、固体物理特性的界面。同时也预定义了代表放射性热源的地热。提供传导应用模式和对流传导应用模式。其中传导应用模式忽略了流体的影响,建立热传导模型,计算表面热流、描述温度随深度的变化、相变、热反应、冷却等。应用方式提供考虑辐射和热对流边界的工具,使用户能着重于感兴趣领域的物理问题研究。 有了COMSOL Multiphysics具有灵活的模拟特性,建立非线性表达式直接了当,例如,热的传导率随着温度变化等。对流和传导应用模式描述受流体流动影响的热传递,在各种描述扩散的方法中,应用方式提供类似于在溶质运移方程中机械的弥散的热弥散张量。

COMSOL Multiphysics地球科学模块的功能及特点使其无论在本科生教学应用还是研究生科学研究都非常的适合。作为本科生的教学应用,地球科学模块清晰的物理方程定义对于物理现象本质的描述为学生理解数理方程与地球科学的物理现象之间架起一座桥梁。而灵活的应用模式组合为多物理场问题求解提供了轻松、完美的解决方案。

Comsol是一个非常灵活的平台、便利的工具,他的功能远不止如上所述,地球科学模块并不局限于地球科学范畴,希望用户把地球科学模块作为一个跳板来学习和探求更加丰富多样的物理模型,研究、解决复杂的物理问题。

典型应用如:

江口、河口和水滨分析——流动、水平对流和扩散

岩石中的渗流作用、水力劈裂等 

气体贮存、补充和螯合作用。

基于磁流体动力学的岩浆流动

多孔介质和纤维性材料的机械和重力脱水

石油提取分析

在地下、地表和大气中的污染物质扩散分析

饱和和非饱和多孔介质流体分析

浅水流动和河流泥沙运动

多孔介质中的单相、多相泡沫流

地下水位分析和盐湖入侵地下水分析

多孔弹性基础上波的传播和流动

水源分析

适用于教学研究的专业:岩土工程、水文学及水资源、地球化学、地质工程、油藏工程等等

研究实例(来自于部分用户的研究成果)如:

COMSOL 2D模拟蒸汽辅助重力驱油

Level Set方法在雪崩模拟中的应用

 

2D弹性模型模拟朱利安阿尔卑斯区的应变积累

 

基于由X线断层摄影术获得的真实的几何模型的孔隙流模拟

 

变饱和多孔介质中的热流耦合模拟

 

变饱和煤层中二氧化碳螯合作用的数值模拟

 

COMSOL模拟流体动力:切萨皮克海湾水动力学模拟

 

瞬态分析模拟陡峭的阿尔卑斯山下的永久冻结带(根据气候情况评价目前和将来冻结带的温度变化)

 

冰川流动的数值模拟

 

 

Comsol是一个非常灵活的平台、便利的工具,他的功能远不止如上所述,地球科学模块并不局限于地球科学范畴,希望用户把地球科学模块作为一个跳板来学习和探求更加丰富多样的物理模型,研究、解决复杂的物理问题。

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