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Simulation de diffusion moléculaire

avec VGSTUDIO MAX

Simulez la diffusion moléculaire sur les images tomographiques de différents matériaux en utilisant le module Simulation de phénomènes de transport pour VGSTUDIO MAX.

Simulation de diffusion moléculaire

La diffusion décrit le flux de molécules à partir d’une zone de plus forte concentration vers une zone de concentration plus faible. 

Le module Simulation de phénomènes de transport pour VGSTUDIO MAX : 

  • Calcule les champs de concentration moléculaire et de flux qui sont atteints de manière asymptotique lorsqu’un échantillon est connecté à des réservoirs de différentes concentrations molaires. Les pores de l’échantillon sont supposés être complètement remplis du solvant et la concentration dans les réservoirs est considérée comme constante, comme dans les très grands réservoirs.
  • Traite directement les données voxel et utilise la détermination de surface locale adaptive à précision sous-voxel dans VGSTUDIO MAX.
  • Comporte un « mode d’expérience » permettant d’effectuer une expérience virtuelle de la diffusion des molécules et un « mode tenseur » pour calculer le tenseur de diffusivité moléculaire.

Le module de diffusion moléculaire est basé sur les équations différentielles suivantes pour les zones stationnaires de concentration et de flux molaire dans un matériau à deux composants :

ₐ
où Ω est le domaine de simulation complet et Ωₐ est le domaine de composant a (avec a = 1, 2). Il est supposé que Ω₁  et Ω₂ ne se chevauchent pas et que leur union correspond à Ω. C est la concentration moléculaire, J est le flux molaire, Dₐ est le coefficient de diffusion de composant a, Δ est l’opérateur laplacien et grad est l’opérateur de gradient.

Mode d’expérience

En mode d’expérience, le logiciel effectue une expérience virtuelle sur les données CT d’une structure en simulant le transport de molécules à travers la structure depuis un plan d’entrée vers un plan de sortie parallèles entre eux. Perpendiculairement aux plans d’entrée et de sortie, il est possible de définir des conditions limites étanches ou intégrées. Une différence de concentration doit être spécifiée comme grandeur d’entraînement du flux.

Résultats de calcul

Les résultats sont fournis sous forme de visualisations 2D et 3D du flux molaire et de la concentration molaire. Les directions de diffusion moléculaire peuvent être visualisées par des lignes de courant en 2D et 3D :

  • Flux molaire
  • Concentration molaire
  • Lignes de courant de diffusion moléculaire
Flux molaire (vue 2D)
Flux molaire (vue 3D)
Concentration molaire (vue 2D)
Concentration molaire (vue 3D)
Lignes de courant de diffusion moléculaire

Mode tenseur

En mode tenseur, le logiciel calcule les composantes du tenseur de diffusivité moléculaire. Il est possible de calculer le tenseur de diffusivité moléculaire pour toute la structure ou pour des incréments de la structure à l’aide d’un maillage intégré.

Mode tenseur
Tenseur effectif de diffusion moléculaire par cellule de maillage intégré 
Coefficient effectif moyen de diffusion (vue 2D)
Coefficient effectif moyen de diffusion (vue 3D)
Fraction de porosité (vue 2D)
Fraction de porosité (vue 3D)

En plus des valeurs propres et vecteurs propres des tenseurs, les composantes du tenseur effectif de coefficient de diffusion par rapport au système de coordonnées de simulation sont fournies dans une vue de tableau.

Avantages