CFD多孔介质仿真关键技术与Fluent案例应用报告会

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：多孔介质模型可以用于模拟各种复杂含空隙结构内部流动、传热、传质等问题，为用户提供了一个强大仿真平台，相对多尺度建模体系而言，该模型不仅提高了计算的效率，还保证了结果的准确性，在工程领域得到了广泛的应用。在石油工程中用于油藏数值模拟与钻井工程，在建筑与环境工程中用于建筑通风和城市热岛效应研究，在能源领域它助力燃料电池与地热开发，在生物医学工程它涉及组织工程与药物传输等，总之，多孔介质模型在众多行业发挥着重要作用，为相关工程设计与优化提供有力支撑。

3月6日20时，2025科研创新仿真主题月第四期将邀请仿真秀优秀讲师CFDer博士做《CFD多孔介质仿真关键技术与行业应用浅析》公开课，欢迎大家报名和分享给感兴趣的用户。

一、多孔介质模型概述

多孔介质模型可以用来预测流体在孔结构中的传热、流动、反应等特性。传热方面，多孔介质与流体可以是热平衡的（单温度模型），也可以是热非平衡的（双温度模型）。热平衡模型假定多孔介质与流体温度相同，共用一个能量方程，即假定泡沫金属复合相变材料中相变材料和泡沫金属温度相同。非平衡热模型假定多孔介质温度（Ts）与流体温度（Tf）不同，流体与多孔介质对流换热，换热由（hsfAsf(Ts - Tf)）计算，换热量与界面对流换热系数（hsf）以及多孔介质比表面积（Asf）有关。

多孔介质模型的核心是在控制方程中引入孔隙率，以及源项等处理孔结构对流动、传热、传质的影响。流动方面它主要采用阻力系数来描述速度与压降之间的关系，而无需过于关注模型的局部细节。孔隙率被定义为流体流通体积与多孔区域总体积的比值，这一参数对流体流动有着至关重要的影响。传热方面，热平衡模型通过将多孔结构及其孔隙内流体等效为一种新的材料，其物性采用混合定律进行预测（默认方法）。

在设置多孔介质模型时，用户需要明确指定几个关键参数。首先，需要确定多孔介质的方向矢量，以明确流动的主要方向。其次，粘性阻力系数和惯性阻力系数也是必不可少的输入参数，这些系数通常可以通过实验数据或经验公式获得。此外，孔隙率的设定也是模型设置中的重要一环。

下图列出了FLUENT中两种热模型的控制方程，以便大家理解，更多多孔介质仿真教程请在仿真秀官网搜索。

二、CFD多孔介质仿真应用报告会

在石油工程领域的油藏数值模拟过程中，工程师会详细探讨如何利用修正的 Navier - Stokes 方程结合达西定律构建精准的数学模型，以模拟油、气、水在多孔岩石介质中的复杂渗流过程。通过对不同渗透率区域的细致划分与网格优化，以及合理设置油藏边界的压力、流量条件，运用有限体积法求解控制方程，从而得到油藏内部流体分布与流动趋势的精确结果。这不仅有助于确定最佳油井开采位置，还能为制定高效的注水驱油方案提供关键依据，大幅提高石油采收率。

以下图片是笔者做过的多孔介质仿真应用案例，3月6日20时，笔者受邀在仿真秀主办的 2025科研创新仿真主题月的第四期线上讲座《CFD多孔介质仿真关键技术与行业应用浅析》，深入剖析这些案例背后的技术细节与应用要点。欢迎专家学者工程师莅临直播间交流，如有不当欢迎批评指正。