多孔質モデル — CAE用語解説
多孔質モデル
多孔質体の流れと熱の解析モデル
多孔質モデルって、スポンジの中を流れる流体をシミュレーションするようなものですか？
まさにそのイメージだ。岩石・土壌・触媒担体・フィルタ・鋳物の中など、微細な空隙を持つ材料内の流体流れを巨視的に記述するモデルだよ。個々の細孔の形状は解析せず、透過率や圧力損失係数をマクロなパラメータとして与えるDarcy則が基本になる。
CFDでどうやって実装するんですか？
ANSYS FLUENTのPorous Media Modelが代表的で、運動量方程式にDarcy項またはErgun方程式に基づく抵抗項を追加する。透過率（permeability）と粘性抵抗係数・慣性抵抗係数を入力すれば自動で圧力損失が計算される。エンジンのミューフラー、触媒コンバーター、空調フィルタなどの設計によく使われる。
代表的な工業応用
実際にどんな産業で使われているんですか？
自動車の触媒コンバーターではウォッシュコート内の排気流れと反応を多孔質モデルで計算する。燃料電池のGDL（ガス拡散層）も多孔質媒体モデルで扱う。石油・天然ガスの貯留層解析も多孔質メディア流れで、圧力注入・採掘シミュレーションに使われる。
多孔質の内部構造（マイクロスケール）も解析できますか？
マイクロCTスキャンで取得した内部構造をそのままメッシュ化してDNS的に解く「デジタルロック」解析もある。マクロモデルとの整合性を確認したり、透過率テンソルを逆算したりする研究に使われている。計算コストは高いけど多孔質の均質化（ホモジナイゼーション）理論と合わせて使うことで精度向上できるよ。
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