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Simulation absolute Permeabilität
mit VGSTUDIO MAX
Simulieren Sie die absolute Permeabilität auf CT-Scans unterschiedlicher Werkstoffe mit dem Modul Transportphänomene-Simulation für VGSTUDIO MAX.
Simulation der absoluten Permeabilität
Permeabilität ist die Fähigkeit eines Mediums, Fluide durch seine Poren strömen zu lassen
Das Modul Transportphänomene-Simulation für VGSTUDIO MAX
- berechnet die stationäre laminare Strömung (niedrige Reynolds-Zahl) eines inkompressiblen Fluids durch die Hohlräume eines porösen Materials;
- arbeitet direkt auf den Voxeldaten und verwendet die subvoxelgenaue, lokal adaptive Oberflächenbestimmung in VGSTUDIO MAX;
- verfügt über einen „Experimentmodus“ zur Durchführung eines virtuellen Experiments sowie über einen „Tensormodus“ zur Berechnung des Tensors der absoluten Permeabilität.
Permeabilitätssimulationen basieren auf den folgenden Annahmen in Bezug auf die viskose Strömung:
- Bewegung einer Fluidphase durch den Porenraum vom höheren Druck zum niedrigeren Druck
- Stationäre laminare („Stokes“) Strömung, niedrige Reynoldszahl, keine Verwirbelungen
- Nur Advektion (keine Diffusion)
- Inkompressibles Fluid (kein Gas)
- Das poröse Material ist vollständig mit dem Fluid gefüllt
Die Berechnung basiert auf den folgenden Gleichungen:
Experimentmodus
Im Experimentmodus führt die Software ein virtuelles Experiment auf den CT-Daten einer Struktur durch, wobei der Fluss eines Fluids durch die Struktur von einer Einlassebene zur einer parallel dazu verlaufenden Auslassebene simuliert wird. Als Randbedingungen können die Optionen „versiegelt“ oder „eingebettet“ senkrecht zur Einlass- und Auslassebene ausgewählt werden. Als treibende Kraft für den Fluss dient ein Druckunterschied oder die gesamte Durchflussrate.
Berechnungsergebnisse
Die Ergebnisse werden als Visualisierung des Geschwindigkeitsfelds und der Druckverteilung in 2D und in 3D dargestellt. Die Fließrichtungen können über Stromlinien in 2D und 3D visualisiert werden:
- Geschwindigkeitsfeld
- Druckverteilung
- Stromlinien
Weitere Ergebnisse
Zusätzlich werden folgende Ergebnisse tabellarisch aufgelistet:
- absolute Permeabilität (skalarer Wert, berechnet in Fließrichtung)
- hydraulische Tortuosität (in der berechneten Fließrichtung)
- Hohlraumanteil
- effektiver Hohlraumanteil
- gesamte Durchflussrate
- Druckgradient
Die folgenden Ergebnisse werden als Kurvendiagramme in Fließrichtung dargestellt:
- Geschwindigkeit
- Hohlraumanteil
- gesamte Durchflussrate
Tensormodus
Im Tensormodus berechnet die Software die intrinsische effektive tensorwertige Permeabilität. Die Berechnung des Permeabilitätstensors kann auf der gesamten Struktur erfolgen oder – anhand eines Integrationsnetzes – auf der gerasterten Struktur.
Ergebnisse
Die Software stellt die Ergebnisse der Berechnung des Permeabilitätstensors als Visualisierung in 2D und in 3D dar.
- Die Ergebnisse werden als Ellipsoid im Zentrum des simulierten Volumens dargestellt.
- Wenn die Analyse auf einem Integrationsnetz durchgeführt wurde, erfolgt die Darstellung der Ergebnisse als Ellipsoid im Zentrum jeder Zelle.
- Die Hauptachsen des Ellipsoids sind an den Eigenvektoren des Tensors ausgerichtet, während die Länge der Achsen proportional zu den Eigenwerten des Tensors ist.
- Wenn die Analyse auf einem Integrationsnetz durchgeführt wird, können außerdem die mittlere absolute Permeabilität und der Hohlraumanteil sowie die Eigenwerte des Permeabilitätstensors in 2D und in 3D dargestellt werden.
Zusätzlich zu den Eigenwerten und Eigenvektoren des Tensors werden die Tensorkomponenten der absoluten Permeabilität in Bezug auf das Simulationskoordinatensystem in einer Tabelle aufgelistet.
Vorteile
Benutzerfreundlich
- Keine Simulationserfahrung erforderlich
- Keine Vernetzung erforderlich
Effizient
- Nahtlose Arbeitsabläufe in einer einzigen Software – von der Materialsegmentierung bis zur Simulation
Validiert
- Genauigkeit und Geschwindigkeit wurden in einer von Experten begutachteten Benchmark-Studie nachgewiesen (Quelle: doi:10.1016/j.advwatres.2017.09.007)