Comsol复杂多裂缝流固耦合三轴实验模型探索

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原创最新推荐文章于 2025-12-06 08:21:08 发布 · 224 阅读

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comsol复杂多裂缝流固耦合三轴实验模型

在岩土工程和石油工程等领域，理解多裂缝介质中的流固耦合现象至关重要。Comsol作为一款强大的多物理场仿真软件，为我们构建复杂多裂缝流固耦合三轴实验模型提供了有效工具。

模型构建思路

首先，我们要明确模型的几何结构。通常，三轴实验模型会是一个圆柱体，而裂缝则以不同的形态分布其中。在Comsol中，可以利用几何建模工具精确绘制这个圆柱体以及内部的裂缝。比如，通过以下简单的脚本可以创建一个基础的圆柱体几何：

geom.create("geom1", "cylinder");
geom.feature("geom1", "Cylinder").set("radius", 0.05);
geom.feature("geom1", "Cylinder").set("height", 0.1);

上述代码中，我们先创建了一个名为“geom1”的几何对象，并指定其类型为圆柱体。然后设置圆柱体的半径为0.05米，高度为0.1米。

对于裂缝的添加，这就相对复杂些。可以利用布尔运算来“切割”出裂缝形状。假设我们要创建一条垂直贯穿圆柱体的裂缝，可通过创建一个薄片体，然后与圆柱体进行差集运算。

geom.create("fracture", "block");
geom.feature("fracture", "Block").set("width", 0.001);
geom.feature("fracture", "Block").set("height", 0.1);
geom.feature("fracture", "Block").set("depth", 0.1);
geom.operation("geom1", "difference").set("input2", "fracture");

这里我们先创建了一个代表裂缝的薄片体（宽度很窄设为0.001米），其高度和深度与圆柱体一致，最后通过差集运算从圆柱体中“挖”出裂缝。

物理场设置

多裂缝流固耦合涉及到两个主要物理场：流体流动和固体力学。

在流体流动方面，我们选择多孔介质流模块。假设裂缝周围的岩石是多孔介质，需要定义渗透率等参数。在Comsol中可以这样设置：

physics.create("spf1", "Spf");
physics("spf1").feature("p", "Initial").set("p0", 1e5);
physics("spf1").feature("m", "Mat").set("kxx", 1e-15);

上述代码开启了多孔介质流物理场“spf1”，设置初始压力“p0”为1e5帕斯卡，并定义渗透率“kxx”为1e - 15平方米。

对于固体力学，选择结构力学模块。要考虑岩石在流体压力和三轴加载下的变形。

physics.create("solid1", "SolidMechanics");
physics("solid1").feature("elasticity", "ElasticMaterial").set("E", 2e9);
physics("solid1").feature("elasticity", "ElasticMaterial").set("nu", 0.3);

这里创建了结构力学物理场“solid1”，定义杨氏模量“E”为2e9帕斯卡，泊松比“nu”为0.3。

耦合设置

实现流固耦合关键在于设置两者之间的相互作用。在Comsol中，可以通过特定的耦合节点来完成。例如，流体压力会对固体产生应力，而固体变形又会影响流体的渗透率。

multiphysics.create("spf_solid", "SpfSolid");
multiphysics("spf_solid").feature("spf_solid1", "PorousMediumFlowSolidMechanics").set("couplingType", "linear");

上述代码创建了一个名为“spf_solid”的多物理场耦合对象，并设置了线性的多孔介质流 - 固体力学耦合类型。