See How Multiphysics Simulation Is Used in Research and Development
Engineers, researchers, and scientists across industries use multiphysics simulation to research and develop innovative product designs and processes. Find inspiration in technical papers and presentations they have presented at the COMSOL Conference. Browse the selection below or use the Quick Search tool to find a specific presentation or filter by application area.
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不同类型山地峡谷的风场特性研究
了解山地峡谷的风场特性是进行山区建筑规划、桥梁和风力涡轮机的选址等的重要前提。然而目前国内外的研究主要集中在理想化简单山体模型对应的风场特性，实际复杂山体的风场特性研究还较为缺乏。本研究利用Comsol Multiphysics 5.2软件导入高程数据并参数化曲面生成实际峡谷模型，再利用湍流k-ε接口模拟三种不同类型的实际峡谷（平行型，前窄后宽型，前宽后窄型）对应的稳态的风速场，分析并对比其风场特性。模拟结果表明，在进口风速一致的情况下，峡谷越窄的地方风的加速效应越明显，前窄后宽型峡谷内的风场较前宽后窄型峡谷内的风场更加安全。 Read More
多分支水平井生产过程的井间干扰模拟
多分支水平井技术广泛应用于油田开发，与常规直井相比，多分支水平井增大了油气藏泄油面积，具有单井产量高、采出程度高和经济效益高等优势。在生产过程中，地层压力衰竭以及井间干扰对油气井产能具有重要影响，所以必须明确生产过程中地层压力的变化规律以及井间干扰情况。 模型不考虑地层温度变化，对固体力学与达西渗流场进行耦合。对于渗透率较低，厚度较薄的储层，可以看做纵向均质地层，工程上可以使用二维模型。图1为多分支水平井地质模型，地层假设为矩形区域，分布有两口相互平行的鱼骨状多分支井的水平段，上部为趾端，下部为跟端。将地层边界设置为固定约束边界，同时赋予地层初始压力P0 ... Read More
采空区煤自然发火的流-固-热-化多过程耦合模型与模拟
掌握工作面动态推进下长壁采空区煤自燃过程的演变规律，是有效遏制井下采空区火灾的关键。采空区煤自热过程涉及到气体与固体煤之间一系列复杂的相互作用，以及煤层开采引起的采空区渗透率的动态演化。本文建立了固体煤与气体之间的气体组分流动与输运、以及传热过程的瞬态耦合模型，定量研究了煤在采空区环境下自热演化过程。采用comsol 对某矿采空区温度场、气体运移场以及多组分气体浓度进行了数值模拟，模拟结果与某矿的采空区监测温度和氧气浓度参数相吻合。采用验证后的模型对工作面通风量、通风阻力、工作面推进速度等敏感性参数进行数值模拟研究。结果表明:(1 ... Read More
瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理研究
瓦斯与煤自燃复合共生灾害是多尺度、多时度和多物理过程耦合作用的结果，本文开展了井下煤层和采空区松散体等裂隙场中瓦斯与煤自燃共生环境下多场耦合致灾理论的研究，建立了瓦斯与煤自燃复合致灾的判定准则和瓦斯抽采安全度模型，理论揭示了易自燃煤岩体裂隙场瓦斯抽采过程中，CH4浓度场、O2 浓度场和温度场多场交汇致灾过程和控制机理。进一步，基于comsol with matlab软件，集成了瓦斯与煤自燃耦合作用的多模块模型，开发了煤矿煤层、采空区跨尺度裂隙场瓦斯与煤自燃复合共生多场耦合模拟软件，成功应用于煤层和采空区瓦斯抽采案例，获得了瓦斯抽采中煤层和采空区区域安全度的动态演化 ... Read More
高瓦斯易自燃煤层应力-渗流-热氧化多场耦合数值模拟
考虑煤层瓦斯抽采引起的漏气与氧化升温特性，建立了煤体变形、基质瓦斯解吸-扩散、裂隙空气-瓦斯混流和煤氧化热能量传输等多场耦合的瓦斯抽采新模型。基于comsol软件数值模拟了煤层瓦斯应力-变形-渗流的多过程行为，研究结果通过已有的研究成果得到验证，证明了模型的有效性和优越性。应用该模型对甲烷脱附扩散时间、煤的渗透性、泄漏压差、煤的氧化反应热、煤的氧化速率等因素对自热敏感性进行了定量分析。模拟结果表明: (1) 煤渗透率的演化主要由瓦斯解吸引起的煤基质收缩和煤自燃升温引起的煤膨胀之间的竞争作用所决定。然而，裂隙中多组分气体的流动不仅与煤的渗透率相关 ... Read More
地下煤层自燃的热-力的全耦合模型及其数值模拟
地下煤层自燃过程涉及多孔煤介质中地质效应、氧输运与流动、能量输运等复杂的相互作用。以往的研究通常忽略了煤的自热对气体和煤膨胀等热机效应的影响，并没有在模拟中充分实现这些复杂的相互作用。本文建立了煤的力学变形、气体流动与输运、热力输运的全耦合模型，并通过一系列煤的性质模型和状态方程，定义了它们之间复杂的相互作用。这些包括(1)煤的孔隙度模型;(2)煤的渗透性模型;(3)气体状态方程;(4)自热模型。 将该模型应用comsol数值模拟软件对东滩煤矿地下巷道自燃时间和位置进行解算，结果与现场实测结果吻合较好。进一步，通过本模型与其它模型的对比结果发现 ... Read More
基于COMSOL的煤层气排采数值模拟
借助数值模拟技术及煤层气排采经验分析排采过程中流体流动运移规律，能够为煤层气井智能排采提供技术支持。本文以某煤层气井地质与开发工程为基础，借助COMSOL软件构建求解数值模型，实现了煤层气排采动态分析及排采制度优化。取得以下主要研究成果： （1）采用含压裂裂缝的Warren-Root物理模型，以达西渗流理论知识为基础，建立了封闭可求解的煤层气排水降压数学模型。 （2）利用二维面和三维长方体叠加的混合法构建压裂裂缝，利用混合法求取边界流量，解决裂隙通量计算误差，提高了计算效率和流量统计准确率。 （3）以参数化扫描研究方法为基础，优化了该井的排采制度 ... Read More
COMSOL在页岩气开采中的应用
“页岩气革命”使美国成功摆脱了对他国能源的严重依赖，目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在三大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；（3）缺乏针对页岩气进行历史拟合和产量预测的数学工具。针对以上三个主要问题，我们定义非常规储层固有渗透率的演化是裂隙和基质之间物质传输和应力传递的结果，并建立了离散体模型研究孔隙变形与流体流动之间的耦合作用；以此为基础，我们建立双基质双重孔隙介质模型（连续介质模型）研究页岩基质变形与流体流动之间的耦合关系 ... Read More
饱和冻土水热耦合数值模拟与试验验证
冻融循环引起的破坏是季节冻土区渠道的主要病害，其发生与温度梯度和水分迁移有密切的联系。为了研究冻融循环作用下土体温度变化与水分分布，多场耦合理论应运而生。但目前存在的多场耦合模型大多采用了过多的参数，其中的一些参数甚至难以确定。因此本文基于Harlan流体动力学模型，以温度和孔隙率为变量建立了一个实用的多场耦合控制方程，然后采用COMSOL Multiphysics中的数学模块中的系数型偏微分方程（PDE）对土体温度场和水分场进行模拟，并与室内水分迁移试验进行对比，证明了该耦合模型的有效性。最后以北部引嫩工程渠道为例，建立模型试验，所得试验结果与模拟结果也是十分接近。 Read More
多场耦合下岩石孔-裂隙模型的渗流特征模拟
鉴于煤岩体“孔—裂隙”双重介质属性，利用COMSOL软件建立了含有孔、裂隙结构的煤岩基质细观结构模型。在模型中采用固体力学模块、层流模块、达西定律模块以及稀物质传递模块，通过自定义参数耦合和边界耦合的方式实现了多物理场的相互耦合作用。针对不同裂隙入口气压情况进行了数值模拟计算和分析，结果表明在裂隙壁附近应力过渡明显，渗透率变化显著，极易发生损伤破坏。研究发现模型中存在某一临界位置，在其两侧渗透率随入口压力的变化规律相反，即模型中距裂隙边界一定范围内的煤岩基质渗透率随入口压力的增大而逐渐减小，但在此范围外的煤岩基质渗透率随入口压力的增大反而逐渐增大 ... Read More