Pore-scale modeling
یکی از کاربردهای بسیار مهم روش المان های گسسته، تولید بستر های متخلخل میباشد. محیط های متخلخل در رشته های مختلفی مانند مهندسی شیمی، عمران، انرژهای نو، بیو مکانیک و … کاربردهای فراوانی دارند. با پیشرفت تکنولوژی های سخت افزاری، رویکرد بسیاری از محققان طی سال های اخیر مدل سازی واقعی محیط های متخلخل به منظور دستیابی به نتایج هرچه واقعی تر از شبیه سازی و محاسبات عددی است. با بکارگیری از روش المان های گسسته DEM و چیدمان ذرات بصورت تصادفی Randomly، میتوان یک بستر متخلخل را مدل و معادل سازی کرد. با تعیین قطر و شکل ذرات، محیط های متخلخل نزدیک به واقعیت مدل سازی شده و بکارگیری حل معادلات دینامیک جریان سیال بین منافذ ذرات و یا حل معادله انرژی و بررسی انتقال حرارت به نوعی سعی بر حل فیزیک واقعی محیط متخلخل میشود. بطور کلی، به این نوع مسائل که محیط متخلخل بصورت واقعی به روش DEM مدل سازی شده و جریان سیال بین ذرات به روش CFD حل میشود، Pore-scale simulation گفته شده که به روش کوپل CFD-DEM آنالیز میشوند.
با رویکرد مدلسازی واقعی محیط متخلخل، Pore-scale simulation ، نسبت به روش معادل سازی گذشته نیازی به وارد کردن خواص محیط متخلخل مانند ضریب تخلخل و ضریب نفوذپذیری نمیباشد. بلکه به علت مدلسازی واقعی محیط متخلخل، این ضرایب قابل اندازه گیری در خود نرم افزار بوده و به نوعی خروجی محسوب میشوند. در واقع، با توجه به مدل سازی محیط متخلخل بر مبنای واقعیت، حجم سازه محیط متخلخل و حجم سیال بین منافذ، قابل اندازه گیری بوده و به این ترتیب ضریب تخلخل Porosity که از نسب حجم سیال به حجم کل بدست می آید، قابل محاسبه خواهد بود. همچنین ضریب نفوذپذیری Permeability محیط متخلخل با توجه به رژیم جریانی آرام یا مغشوش از قانون دارسی، Darcy law یا از رابطه اصلاح شده فورش هایمر، Forchheimer ، قابل محاسبه میباشد.
در شکل زیر عبور جریان سیال از یک محیط متخلخل در مقیاس واقعی با ذرات غیر کروی نشان داده شده است. مدل سه بعدی محیط متخلخل به روش المان گسسته DEM فراهم شده است. همانطور که از خطوط جریان سیال مشاهده میشود سرعت جریان سیال به هنگام عبور از منافذ محیط متخلخل به علت کاهش سطح مقطع جریان بیشتر شده است.
عبور جریان سیال از یک محیط متخلخل در مقیاس واقعی(Pore-scale modeling)
