COMSOL：木材吸水（毛细效应）模型介绍

COMSOL—木材吸水毛细效应 模型介绍 木材是一种多孔材。 当干燥的木材与液体接触由于毛细力的作用液体会被木材逐渐向上。 模型中包含俩个物理场分别是多孔介质相传递和达西定律多物理场耦合节点为多孔介质多相流。木材吸水现象其实和纸巾吸咖啡渍原理很像咱们用COMSOL搞这个仿真的时候关键要抓住多孔介质里液体的爬升密码。先看模型架构多孔介质相传递负责追踪水气界面达西定律管流速俩物理场通过多相流节点打配合战。直接在材料属性里定义木材孔隙率这里取红松典型值0.6mat.porosity 0.6 # 木材孔隙体积占比 mat.pore_diameter 2e-5 # 孔径20微米典型值这个孔隙直径参数直接影响毛细压力计算我试过改成5微米时吸水速度直接腰斩后面跑仿真时可以调参观察变化。达西定律模块里设置渗透率张量时有个坑——木材各向异性必须考虑。轴向渗透率比径向高两个数量级所以得写成对角矩阵K [[1e-12, 0, 0], # x方向径向 [0, 1e-12, 0], # y方向弦向 [0, 0, 1e-10]] # z方向轴向这相当于给液体开了个VIP通道所以你会看到仿真结果里水线沿着木材纹理方向突进得特别猛。COMSOL—木材吸水毛细效应 模型介绍 木材是一种多孔材。 当干燥的木材与液体接触由于毛细力的作用液体会被木材逐渐向上。 模型中包含俩个物理场分别是多孔介质相传递和达西定律多物理场耦合节点为多孔介质多相流。多相流耦合部分需要特别注意相传递方程中的表面张力项。COMSOL里内置的毛细压力模型用Leverett公式自动计算但实际木材的接触角参数要手工校准theta 50*deg # 水与木材接触角 sigma 0.072 # 水表面张力[N/m]这里如果接触角设成80度仿真结果就会出现液体在木材表面摊开而不是吸入的情况和实际疏水处理后的木材现象吻合。跑完仿真后处理阶段建议用截面探针抓取不同高度含水率随时间变化曲线。有个骚操作是在3D绘图组里添加流线图配合动画功能能清晰看到毛细管前端如何像蚯蚓一样在木材孔隙里钻行。当遇到收敛问题时别急着调求解器。先检查初始条件是否合理——特别是初始含水率场如果设成全干s0可能会导致计算不稳定。稳妥做法是设置s0.01的微小初始湿度相当于给求解器一个启动台阶。最后说个实战经验网格剖分时在木材底部接触液面的区域要做边界层细化毕竟毛细现象最剧烈的区域就在这个界面附近。用自由四面体网格2层边界层的组合既能保证精度又不至于算到天亮。