Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.4

Pour les utilisateurs du module Chemical Reaction Engineering, la version 6.4 de COMSOL Multiphysics^® introduit la prise en charge des modèles Large Eddy Simulation (LES) pour les écoulements réactifs, la modélisation d'agrégation et de fragmentation de particules, et une nouvelle fonctionnalité pour modéliser continuellement la consommation de phase solide et le renouvellement du lit. Apprenez-en plus sur ces nouveautés ci-dessous.

Modèles Large Eddy Simulation (LES) pour les écoulements réactifs

La fonctionnalité Ecoulement réactif supporte désormais les modèles LES qui apportent un niveau de précision sans précédent à la modélisation des systèmes réactifs turbulents. En couplant un modèle LES avec les interfaces Chimie, Transport d'espèces chimiques, et Transfert de chaleur en milieu fluide, il est possible de décrire de manière détaillée les interactions entre le mélange, la thermique et les réactions chimiques au sein des gaz et des liquides. Cette approche tient compte de la chaleur de réaction, de l'enthalpie de diffusion et des flux massiques, tandis que la modélisation LES basée sur les résidus améliore l'estimation des transports de chaleur et de masse. En incluant des propriétés fluidiques et chimiques dépendantes de la température, cette fonctionnalité fournit un aperçu très réaliste des champs de concentration, de taux de réaction et de température. Que ce soit pour étudier des réacteurs catalytiques ou des procédés de mélange complexes, les modèles d'écoulement réactif basés sur la LES permettent de révéler des détails essentiels que les modèles de turbulence traditionnels pourraient négliger. Notez que les fonctionnalités de LES nécessitent le module CFD.

Champ de concentration d'un produit calculé avec la fonctionnalité Ecoulement réactif non-isotherme , couplant un modèle LES avec du transport d'espèces et de la thermique. Des réactifs entrent par la conduite verticale et réagissent avec un second courant entrant par la gauche du conduit rectangulaire.

Agrégation et fragmentation

De la production pharmaceutique aux procédés avancés de traitement des matériaux, il est important de modéliser avec précision la croissance, la morphologie et la fragmentation des particules afin d'optimiser ces procédés. La nouvelle prise en charge de l'agrégation et de la fragmentation des particules permet une simulation réaliste de l'évolution de la distribution granulométrique dans les procédés de cristallisation, de précipitation et de granulation. Cette fonctionnalité est incluse dans l'interface Précipitation et cristallisation, qui résout désormais l'équation de coagulation de Smoluchowski ainsi qu'une équation de fragmentation afin d'apporter une description rigoureuse de la dynamique des particules.

Concentration de particules en fonction du temps, calculée par un modèle d'agrégation de nanoparticules induite par turbulence. Ce modèle prédit également la distribution granulométrique des particules.

Fonctionnalité de réacteur à lit mobile

Une nouvelle fonctionnalité de réacteur à lit mobile permet de modéliser des réacteurs hétérogènes où la phase solide est continuellement consommée et renouvelée. Cette fonctionnalité permet d'étudier plus précisément les procédés pour lesquels le mouvement du lit impacte fortement les performances du réacteur, telles que le craquage catalytique, les réactions gaz-solide et la conversion de biomasse. La fonctionnalité prend en compte le comportement dynamique de la phase solide en fonctionnement continu, ce qui permet d'avoir une méthode puissante pour analyser l'efficacité, la sélectivité et les conditions opératoires des procédés à l'échelle industrielle.

Condition périodique

Une nouvelle fonctionnalité Condition périodique a été ajoutée aux interfaces Loi de Darcy et Equation de Richards pour imposer facilement la périodicité de l'écoulement entre deux frontières ou plus. En outre, il est possible de créer une différence de pression entre les frontières source et destination, soit en précisant directement le saut de pression, soit en imposant un flux massique. La condition de périodicité est généralement utilisée pour modéliser des volumes élémentaires représentatifs et pour calculer les propriétés effectives à utiliser dans des milieux poreux homogénéisés.

Utilisation de la nouvelle fonctionnalité Condition périodique pour estimer la perméabilité d'un milieu poreux constitué d'un réseau périodique de sphères.

Option saut de pression pour le Couplage de l'écoulement en milieu libre et poreux

Le Couplage de l'écoulement en milieux libre et poreux comporte une nouvelle option pour inclure un saut de pression à travers la frontière libre-poreux. Cela permet de modéliser, par exemple, la pression osmotique au niveau d'une membrane semi-perméable, soutenue par un matériau intercalaire poreux, ou un saut de pression dû à la pression capillaire dans le cas d'un écoulement multiphasique.

Utilisation de la nouvelle option Inclure le saut de pression à travers la frontière libre-poreux pour le Couplage de l'écoulement en milieux libre et poreux pour modéliser la pression osmotique au niveau d'une membrane semi-perméable fine dans une unité de dessalement.

Nouveaux modèles et modèles mis à jour

COMSOL Multiphysics^® version 6.4 introduit de nouveaux tutoriels ainsi que des mises à jour de tutoriels existants au module Chemical Reaction Engineering.

Production of Antibody–Drug Conjugates in a Stirred Tank Reactor

Simulation d'un écoulement réactif turbulent dans une cuve de réacteur avec un mélangeur à quatre pales. Les isosurfaces et les isovaleurs de concentration d'anticorps conjugués fournissent des informations précieuses sur l'efficacité du mélange et les performances du réacteur.

Nom de l'application:
stirred_tank_adc_production
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Chemical Vapor Deposition of Titanium Nitride on Machining Tool Inserts

Champ de vitesse (flèches blanches), épaisseur de dépôt et concentration normalisée de TiCl₄ durant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de TiN sur des plaquettes de coupe, un procédé permettant d'améliorer la résistance à l'usure et la durée de vie des outils.

Nom de l'application:
tin_cvd_reactor
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Turbulent Aggregation of Nanoparticles

Concentrations de particules après 10 secondes pour quatre plages de taille de particule, calculées par un modèle d'agrégation de nanoparticules induite par turbulence. Les résultats montrent comment les populations de particules évoluent au cours du temps, en régime turbulent.

Nom de l'application:
turbulent_aggregation
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Charging of a Metal Hydride Tank

Le ratio hydrogène-métal (graphique de volume) et la pression partielle d'hydrogène (graphique de lignes de courant) durant la charge d'un réservoir d'hydrures métalliques. Ce modèle prend en compte les cinétiques d'absorption et la thermodynamique et permet de calculer les lignes de courant et les champs de concentration et de température.

Nom de l'application:
metal_hydride_tank
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Convective Evaporation of a Water–Acetone Droplet

Un modèle d'évaporation d'une gouttelette composée d'eau et d'acétone sur un substrat en marbre. Le graphique montre la fraction massique de l'acétone, la température du substrat et les lignes de courant colorées en fonction de la pression partielle de l'acétone.

Nom de l'application:
droplet_evaporation_water_acetone
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Reverse Osmosis Water Desalination

Concentration à la surface de la membrane dans l'unité d'osmose inverse. Ce modèle décrit une unité de dessalement de l'eau par osmose inverse, composée d'une membrane semi-perméable enroulée en spirale à travers laquelle l'eau est injectée sous haute pression. La membrane retient le sel, de sorte que de l'eau pure est obtenue du côté perméat et de l'eau très salée est obtenue de l'autre côté.

Nom de l'application:
reverse_osmosis_desalination
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