我应该使用哪种多孔介质和地下流界面？

在许多工程领域（例如农业，化学，民用和核工程）中，在地下或其他多孔介质中模拟流体流量很常见。为了帮助工程师和科学家模拟不同类型的多孔介质流，ComsolMultiphysics®软件提供了一组全面的物理接口。188金宝搏优惠今天，我们将介绍您可以使用的各种接口，并讨论如何为应用程序选择最佳的界面。

在宏观量表上建模微观流

在19中^Th一位名叫亨利·达西（Henry Darcy）的法国工程师率先通过多孔媒体研究了流体流动的研究。在在沙子上进行实验时，他发现多孔培养基中流体的流速与施加到其上的液压力成正比。后来被称为达西定律。

毛细管流过多孔介质（砖）的实验。Hankwang的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA， 通过Wikimedia Commons。

在宏观量表上对多孔介质流进行建模涉及解决Darcy定律，包括后来的扩展（例如Brinkman方程）。即使可以模拟微观级别的多孔介质流，例如孔尺度流程示例，宏观方法更有效。这种方法忽略了孔的详细结构，并通过两个关键的宏观量来代表多孔介质的性质：孔隙和渗透率。这大大降低了计算成本。我们将在今天的博客文章中专注于宏观方法。

在comsolMultiphysics®中选择正确的多孔介质流界面188金宝搏优惠

188金宝搏优惠Comsol Multiphysics提供了几种物理接口，以建模多孔介质和地下流。在本节中，我们使用河岸的示例来帮助解释这些界面以及如何在它们之间进行选择。

模型树，显示多孔介质和地下流量接口。

现在，让我们想象有一条河流在晴天，如下图所示。在我们的例子中，河流饱和河岸的土壤，其中包含深层裂缝。一个地下水位将河岸分为两个区域，一个陷入的区域，该区域充满了水和一个不饱和的雾化区。

河岸的横截面和适用于每个流程的管理方程式。

让我们看一下每个流程度及其适用的物理接口。

自由流：Navier-Stokes方程

河道中的流体流由Navier-Stokes方程。根据雷诺数的不同，您可以通过选择单相流接口之一来建模本节（例如，层流界面）。这些接口计算速度和压力。

多孔介质中的快速流动：Brinkman方程界面

布林克曼方程通常描述了流床附近的低音区域的地下流。Brinkman方程解释了多孔介质中快速移动的流体，其流体速度，压力和重力驱动流动的动力学潜力。这些方程式扩展了达西定律，以描述通过粘性剪切的动能的耗散，类似于Navier-Stokes方程。因此，Brinkman方程界面非常适合在多孔介质中建模快速流动，包括由达西定律管理的多孔介质中的慢流量和Navier-Stokes方程所描述的通道中的快速流动之间的过渡。这Brinkman方程界面计算速度和压力。

请注意自由和多孔媒体流界面在多孔域中求解Brinkman方程，并在流体域中的Navier-Stokes方程式求解。或者，您可以添加层流接口并打开启用多孔媒体域，它为您提供了与自由和多孔媒体流界面。

设置显示启用多孔媒体域选项层流界面，求解多孔域中的Brinkman方程。

在我们的Forchheimer流量教程模型，该流由自由区域中的Navier-Stokes方程和多孔区域的Brinkman方程描述。

Forchheimer流量教程模型，该模型演示了如何在开放通道中和附着的多孔块中搭配流体流。

多孔介质中的流量缓慢：达西定律界面

达西定律描述了在完全由压力梯度驱动的完全饱和的多孔介质中通过间隙的流体运动。我们可以使用达西定律界面以建模在含水层或溪流银行中移动的水。在多孔介质中，孔壁会阻碍动量转运到单个孔外的流体。因此，由于流体中的剪切应力而导致的动量运输可以忽略不计。而达西定律界面仅计算压力，然后由压力梯度，流体粘度和渗透率确定速度场。

这老年人问题通过耦合，检查多孔介质中的浮力流达西定律和溶质运输接口。

可变饱和的多孔介质：理查兹的方程式界面

到目前为止，我们讨论过的所有管理方程式都认为多孔培养基已完全饱和，而理查兹的方程式描述了不饱和土壤中水的运动。因此，我们可以使用理查兹的方程式建模部分饱和多孔介质的界面，例如水桌附近的河岸的流体运动。

我们可以使用理查兹的方程来检查各种饱和土壤中的饱和水平，例如教程模型。

当流体通过介质移动，填充一些毛孔并排干其他的水力特性的变化是该界面的变化。流体保留模型（例如，Van Genuchten或Brooks-Corey模型）内置在该界面中。类似于达西定律接口，仅计算理查兹的方程式界面。理查兹的方程式是非线性的，这是因为液压性能根据饱和度而变化，这可能使其在数值上进行计算具有挑战性。

沿着表面流动：断裂流界面

我们可以使用断裂流界面以模拟固体或多孔培养基中裂缝中的流动。在此界面中，达西定律沿表面（或2D模拟中的一条线）解决。断裂的多孔介质流动通常会沿裂缝移动更快。它还可以以速度较慢的速度流过周围矩阵块内的微小孔。因此，断裂流接口可以与达西定律或者理查兹的方程式界面。这在离散分裂教程，伴侣与多孔域中的Darcy定律伴随着断裂。

两相多孔介质流：两阶段达西定律界面

研究两阶段的多孔媒体流量，例如石油储层中，石油行业的人们通常都感兴趣。为了模拟这个概念，我们可以使用两阶段达西定律接口，扩展达西定律界面。除了计算压力外，两阶段达西定律界面求解一个流体相的流体含量的传输方程。流体特性（例如密度和粘度）是根据每个相的饱和度和特性平均的。

我选择哪个接口？

在下表中，我们总结了可用的多孔介质流界面。看到产品规范图表有关每个接口所需的附加模块的更多详细信息。

物理接口	流程	求解的方程式
层流界面	自由流动	Navier-Stokes方程
层流与启用多孔媒体域选项	多孔媒体中的自由流动和快速流动	自由流动中的Navier-Stokes方程 多孔媒体中的Brinkman方程
免费的多孔媒体界面	多孔媒体中的自由流动和快速流动	自由流动中的Navier-Stokes方程 多孔媒体中的Brinkman方程
Brinkman方程界面	多孔媒体中的快速流动	Brinkman方程
达西定律界面	多孔媒体的流量缓慢	达西定律
理查兹的方程式界面	可变饱和的多孔介质	理查兹的方程式
断裂流界面	沿裂缝表面流动	达西定律
两阶段达西定律界面	多孔介质中的两相流	达西定律 传输方程

关于多孔介质和地下流界面的总结想法

在这篇博客文章中，我们讨论了Comsol Multiphysics中可用的不同多孔介质和地下流量接口。188金宝搏优惠您也可以轻松地将这些接口与其他物理学进行研究毛弹性，，，，地热过程，，，，农药径流，，，，含水层的表征， 和更多。

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