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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
Résultats supplémentaires
Les résultats supplémentaires suivants sont fournis dans une vue de tableau :
- Coefficient effectif de diffusion
- Tortuosité de diffusion (géométrique et algébrique)
- Facteur de formation
- Fraction de porosité
- Transport total de masse
- Gradient de concentration
Les résultats suivants peuvent être affichés sous forme de courbes le long du sens de flux :
- Flux molaire
- Fraction de porosité
- Transport total de masse
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.
Résultats
Le logiciel permet de visualiser les résultats du tenseur de diffusivité moléculaire en 2D et 3D.
- Les résultats sont affichés sous forme ellipsoïde dans le centre du volume simulé.
- Lorsque l’analyse a été effectuée sur un maillage intégré, les résultats sont affichés sous forme ellipsoïde dans le centre de chaque cellule.
- Les axes principaux de l’ellipsoïde sont alignés aux vecteurs propres du tenseur tandis que les longueurs des axes sont proportionnelles aux valeurs propres du tenseur.
- Lorsque l’analyse est effectuée sur un maillage intégré, il est également possible de visualiser le tenseur effectif moyen de diffusion moléculaire et la fraction de porosité ainsi que les valeurs propres du tenseur de diffusion moléculaire en 2D et 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
Facile à utiliser
- Connaissances en simulation non requises
- Aucun maillage nécessaire
Efficace
- Flux de travail homogène de la segmentation du matériau jusqu’à la simulation au sein d’un même logiciel.
Réaliste
- Tous les détails microstructuraux sont capturés par une détermination de la surface avec une précision sous-voxellique.