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COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)

1年前浏览11734

        煤层瓦斯运移主要涉及到基质中瓦斯解吸、扩散、裂隙中瓦斯渗流,涉及到的物理场为煤层变形方程、多孔介质扩散渗流方程、煤层温度方程、甲烷氧化方程等。这些方程在COMSOL中,均有对应的物理场接口,用COMSOL研究煤层中瓦斯运移或者研究实验室中煤柱、煤粒中甲烷运移都是很方便的。接下来几个帖子,我会按照建模的顺序以此介绍主要设置,方便大家更好地了解COMSOL的基本使用,以期在科研学习上帮助大家。COMSOL是一款多物理场求解软件,能讲多个物理场进行耦合计算,其界面十分友好。由于其功能复杂性,本次系列教程只针对早煤层瓦斯运移中常用的设置做出一些介绍,本次教程以COMSOL5.6版本为例。

       首先,打开COMSOL5.6,需要新建立一个模型。可以选择模型向导或者空模型,以模型向导为例。选择模型向导,进入选择空间维度,根据自己的模型需要选择三维、二维、一维等。在二维模型和一维模型中,还可以选择对称,可以只对对称的一半进行建模,这样可以减少计算内存和运行时间。进入物理场选择环节,根据需要的物理场方程选择对应的物理场接口。比如,研究瓦斯在煤层中的渗流情况,可以选择地下水流达西定律接口,还可选择裂隙流、brinkman方程等。物理场选择完成后,进入研究选项。一般选择瞬态、稳态研究,按照字面意思理解,瞬态即场变量随时间变化情况,稳态即场变量不随时间变化。对于瓦斯流动,一般选择瞬态研究。

COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图1

COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图2COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图3COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图4

图1 COMSOL选项介绍

COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图5

图2  COMSOL界面介绍COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图6

图3 菜单栏

        以上环节选择完毕后,进入到COMSOL的主界面,如图2。COMSOL截面主要分为4大区域:菜单栏、功能区、设置、图形处理。首先从菜单栏介绍,菜单栏分为主屏幕、定义、几何、草图、材料、物理场、网格、研究、结果等,可以查看不同子菜单对应的功能。如主屏幕,可以查看组件、新建参数变量、添加材料等。打开相应的菜单,便会在功能区以及界面右边出现相应的选项。如,添加物理场,变化在界面右边出现物理场选项。可以按照菜单栏顺序依次查看,相应的功能。在定义菜单中,可以定义一些函数和变量,如可构建解析函数、差值函数、分段函数等。在几何菜单中,可以自己构建几何模型,如构建正方形、长方形、圆等,也可从外部导入几何模型。在草图菜单中,可在图像处理区绘制相应形状。在材料菜单中,可调用COMSOL内置的材料属性,也可在参数中定义材料属性。在物理场菜单中,可选择添加物理场和多物理场。在网格菜单,可对几何模型进行网格划分,可选择自由三角形与自由四边形等。在结果菜单栏中,可以求解结果进行后处理。

COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图7 COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图8

图4 功能区

COMSOL在煤层瓦斯运移中的应用教程(一)的图9

图5 参数设置

       在模型开发器功能区,可进行和菜单栏同样的功能设置。按着功能区顺序,依次介绍相关功能。全局定义中,可进行全局参数、材料的定义。右击全局定义,会出现和菜单栏中相同的选项,添加参数、变量、函数等。此处是从全局出发,添加选项。全局指的是在所有区域、物理场中,该参数变量均是适应的。与之对应的是局部,在某一组件下添加的局部变量参数,这些只在对应的组件中才会适用。

       全局参数设置,在设置中分为4列,分别为名称、表达式、值、描述,如图5。在名称中,输入符合COMOSL语法规则的名称,可输入英文、下标,尽量输入区分辨识的名称在后面变量只方便调用。在名称行输入表达式,输入“数字[单位]”的形式,在值中COMSOL会转换成国际单位。还可在描述中,输入可辨识的记号,如中文描述名称。图5中,以输入孔隙率参数为例介绍。在名称中输入“poro_por0”,在表达式中输入0.04,在描述中输入“初始孔隙率”。对于复杂的物理场,可能要输入多组参数,参数名称最好使用特定的符号。

     未完待续,敬请期待!

Comsol组分输运多孔介质其他耦合流-固&热耦合油气煤炭储能其他流体
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首次发布时间:2023-07-04
最近编辑:1年前
康康学长
硕士 COMSOL多场耦合学习者~
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未登录
1条评论
陌边小憩
签名征集中
1年前
请问,还有没有下一步的教程
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