Häufig ist die Analyse physikalischer Phänomene auch in kleinen Strukturen von Interesse. Beispiele sind Strömungen in Poren von keramischen Filtern, Stoffumwandlungen und Wärmeaustauschprozesse in Katalysatoren oder auch physikalische Phänomene in Porenkanälen von natürlichen Gesteinen.
Wie in der Medizintechnik bieten bildgebende Verfahren die Möglichkeit, diese kleinen Strukturen zu analysieren und darzustellen. Ein Beispiel ist das Mikro-CT (Mikro-Computertomographie).
Die analysierten Strukturen können durch hoch spezialisierte Software in 3D Oberflächen oder 3D Volumenkörper überführt werden. Diese werden durch Dreiecksnetze oder diskrete Elemente (Quader) repräsentiert.
Um auf dieser Grundlage die physikalischen Phänomene mit Hilfe von COMSOL Multiphysics® zu simulieren und zu untersuchen, ist in den meisten Fällen eine weitere Bearbeitung dieser Netze, die die 3D Oberflächen oder 3D Volumenkörper repräsentieren, erforderlich. Ziel ist ein gut konditioniertes Rechennetz für die Finite-Elemente-Simulation zu erhalten.
Es hat sich bewährt, zunächst ein homogenes Oberflächennetz zu erstellen. Dieses sollte geschlossen sein und sich in seiner Auflösung (Größe der Netzelemente) an der Größe der aufzulösenden Strukturen orientieren.
Alle weiteren Arbeitsschritte können in der Umgebung von COSMOL Multiphysics® ausgeführt werden. Die Software enthält leistungsstarke Werkzeuge, um Maschinen gestützte oder manuelle Bearbeitungen an diesen Netzen, die die Struktur bzw. ihre Geometrie repräsentieren, vorzunehmen.
Häufig hat eine aus bildgebenden Verfahren konstruierte Netzgeometrie unnötige Details, deren Bereinigung sinnvoll ist. Dies betrifft enge Strukturen oder Anhängsel, die keinen wesentlichen Beitrag zu dem zu untersuchenden physikalischen Phänomen leisten.
Andere wichtige Strukturen müssen manchmal höher aufgelöst werden, damit das zu untersuchende physikalische Phänomen mit dem Finite Elemente Verfahren analysiert werden kann. Ein Beispiel ist eine Engstelle in einem durchströmten Hohlraum.
Abschließend wird durch die Funktionalität „Create Domain“ aus dem bearbeiteten geschlossenen Oberflächennetz, welches die Geometrie repräsentiert, die Modelldomain für die Simulation erstellt.
Auf diese Art und Weise erzielt man mit einem überschaubaren Aufwand ein gut konditioniertes Finite-Elemente-Netz, um die Simulation mit COMSOL Multiphysics® durchführen zu können.
Nachstehende Abbildung zeigt die Verteilung des Feststoffanteils in einer Suspension, die einen Hohlraum durchströmt.
