多孔介质中的传质
我假设您的流体相是液体,例如水。
如果是这样的话,你有液体和气体,以及多孔材料,因此你在液体中有毛细压力。在微观尺度上,这由 Young-Laplace 方程描述。在宏观尺度上,您的流量是不饱和流量问题。
毛细管压力取决于含水量密度。它是液体含量和毛细管压力之间的半经验关系,称为再吸收曲线。此类问题已在土力学和土木工程中进行了研究,包括混凝土建模。水力传导率是强非线性的,当含水量下降时,它会迅速下降到非常小的值(到零)。
你可以找到几个为土壤开发的模型,最流行的是 Van Genuchten 模型,它与 Richards 方程一起应用,给出了强非线性抛物方程。
我不知道你解决问题的确切条件,但它可能为时过早,你试图解决的现象是由对流扩散方程驱动的。
如果您有兴趣,我有使用混合公式(使用 RT 元素)的不饱和流动的免费/开放代码,可以相对容易地推广到气相流动的情况。
关于您的问题,您喜欢应用哪些边界条件,具体取决于您对流体相的了解,如果您现在对两侧施加压力,则应用它。如果您测量流入量,请应用它。
由于您正在尝试解决标量场,在这种情况下,您应该担心原始变量的边界条件,注入水或气体将描述速度场不可压缩() 或不 ()。
另一方面,如果您正在求解速度场使用 CFD 求解器,那么您正在模拟两种流动的混合,在这种情况下,在入口处施加速度并在出口处施加压力可能是解决问题的好方法。
既然你问的是一个很笼统的问题,我会回答一个笼统的答案。
在描述不可压缩流动时,我们使用速度入口边界条件(例如均匀、抛物线等)和恒压出口边界条件(例如大气压)。
在膜侧指定质量通量边界条件,该条件取决于梯度跨膜:
在哪里和分别是扩散系数和传质系数。通常,这些是通过所谓的舍伍德关系相关的,其中舍伍德数和是特征长度尺度(例如膜厚度)。
这些舍伍德关系是雷诺数的函数在哪里是运动粘度和是平均流体速度。以这种方式,跨膜的质量传递与流体流动相耦合。
既然你问的是一个很笼统的问题,我会回答一个笼统的答案。
我喜欢这个。我将解决以下问题:
在与流体区域的界面处是否也需要质量通量?是否有用于模拟气体通量的特定方法?
边界条件 (BC) 是涉及问题变量的规定行为。添加的越多,描述的问题就越多;至少从计算机代码的角度来看。由于您正在求解标量值浓度,那么您可以规定的一个常见 BC 是Robin 边界条件(有关详细信息,请参阅上一个链接):
请注意,上述方程中的 Neumann 分量;IE是研究边界处的正常浓度通量的良好开端。通常,如果您需要为感兴趣的变量指定绝缘条件,这些对于此类问题非常有用;即来自维基百科:
Robin 边界条件是对流-扩散方程的绝缘边界条件的一般形式。在这里,边界处的对流和扩散通量总和为零:
因此,我建议在这种情况下进一步研究 Robin BC,以了解这些可能带来的优势,在界面处施加质量通量方面,这确实是每个单独子体积的边界。
