CN110720103A - 气体扩散模拟方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

一种气体扩散模拟方法，是模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法，求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。

Description

气体扩散模拟方法以及装置
技术领域
本公开涉及气体扩散模拟方法以及装置，特别涉及模拟多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法以及装置。
背景技术
例如，作为模拟多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法，已知专利文献1以及非专利文献1的模拟方法。
在该专利文献1的模拟方法中，读取燃料电池的催化剂层的结构，算出该结构中的气体浓度分布。而且，以与该气体浓度分布一致的方式通过玻尔兹曼方程式求出相互扩散系数，基于该相互扩散系数模拟催化剂层中的气体的扩散。
另外，在非专利文献1中，通过使用了由多种气体的粒子间的碰撞引起的相互扩散以及由气体的粒子与细孔壁的碰撞引起的努森扩散的尘气模型(Dusty gas model)求出多孔质体中的气体的扩散。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-130306号公报
非专利文献1
非专利文献1：WATER RESOURCE RESEARCH,2002,Vol.38,No.12,16-1-16-5“Knudsen diffusion,gas permeability,and water content in an unconsolidatedporous medium”
发明内容
本公开的课题是提供能够高精度且短时间地模拟多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法以及装置。
本公开的一个方式涉及的气体扩散模拟方法，是模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法，求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。
本公开的另一方式涉及的气体扩散模拟装置，具备模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的运算处理部，所述运算处理部以下述方式被构成：求出基于在所述细孔中由所述壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。
本公开取得在气体扩散模拟方法以及装置中能够高精度且短时间地模拟多孔质体中的气体的扩散这样的效果。
本公开的上述目的、其他目的、特征以及优点，在参照附图的基础上，通过以下的优选实施方式的详细说明加以明确。
附图说明
图1是表示本公开的实施方式1涉及的气体扩散模拟装置的功能框图。
图2是示意性地表示气体扩散模拟方法中所使用的多孔质体的截面图。
图3是表示气体扩散模拟方法的流程图。
图4是表示气体扩散模拟方法的一例的流程图。
具体实施方式
本发明人关于高精度且短时间地模拟多孔质体中的气体的扩散进行了研究。其结果是，本发明人发现现有技术存在下述那样的问题。
在多孔质体的细孔中，一边气体的粒子与细孔壁碰撞、或者在其他种类的气体的粒子间碰撞，一边气体扩散。在这样的气体扩散中，在专利文献1的方法中，组合细孔壁的碰撞以及气体的粒子间的碰撞，通过玻尔兹曼方程式进行了气体扩散模拟。因此，气体扩散模拟需要时间。
另外，在非专利文献1的方法中，在基于气体的粒子与细孔壁的碰撞的努森扩散系数的计算中，假定多孔质体的细孔为均一的圆筒型的直线形状。这不符合实际的细孔，使用了该努森扩散系数的气体扩散模拟的精度差。
于是，本发明人发现，通过使用由基于由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散项与相互扩散项之和得出的扩散方程式，能够高精度且短时间地执行气体扩散模拟。本公开是基于该见解而完成的。
本公开的第1方式涉及的气体扩散模拟方法，是模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法，求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。
据此，通过求出基于由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数，能够进行符合实际的多孔质体的高精度的气体扩散模拟。另外，通过基于由努森扩散项和相互扩散项之和得出的第1气体粒子的扩散方程式，能够以短时间进行气体扩散模拟。
在本公开的第2方式涉及的气体扩散模拟方法中，也可以在第1方式中，在所述细孔中由所述壁面包围的空间由所述细孔中的壁面的位置信息规定。据此，能够高精度地模拟由实际的壁面包围的空间中的气体的扩散。
在本公开的第3方式涉及的气体扩散模拟方法中，也可以在第1方式或第2方式中，所述细孔中的壁面至少由包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的表面形成。据此，能够对由多孔质体的壁部分包围周围的细孔中的气体的扩散进行模拟。
在本公开的第4方式涉及的气体扩散模拟方法中，也可以在第3方式中，所述细孔中的壁面的位置信息通过包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的形状信息来确定。据此，能够高精度地进行与模拟对象的壁部分的形状相应的气体扩散模拟。
在本公开的第5方式涉及的气体扩散模拟方法中，也可以在第1方式或第3方式中，所述细孔中的壁面至少由所述细孔中的液态水的表面形成。据此，能够进行考虑了细孔中的液态水的高精度的气体扩散模拟。
在本公开的第6方式涉及的气体扩散模拟方法中，也可以在第5方式中，所述细孔中的壁面的位置信息通过包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的形状信息、以及在所述细孔中所述液态水所占的饱和度来确定。据此，不需要实验等就能够得到壁面的位置信息，因此能够以短时间进行气体扩散模拟。
本公开的第7方式涉及的气体扩散模拟装置，具备模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的运算处理部，所述运算处理部以下述方式被构成：求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，基于由所述努森扩散项与所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。据此，能够以短时间高精度地预测多孔质内的气体扩散。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行具体说明。再者，以下在所有附图中对相同或相当的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。
(实施方式)
<气体扩散模拟装置的构成>
本公开的实施方式1涉及的气体扩散模拟装置10，如图1所示，是预测多孔质体中的气体的扩散的装置。对于该多孔质体，例如可例示用于燃料电池堆的气体扩散层以及催化剂层等。因此，气体扩散模拟装置10可被用作为燃料电池中的气体扩散模拟装置，但并不限定于此。
气体扩散模拟装置10具有运算处理部11以及存储部12，例如由计算机构成。例如，作为运算处理部11可例示CPU等处理器，作为存储部12可例示能够由运算处理部11访问的存储器等。
在存储部12中存储有模拟多孔质体中的气体的扩散的气体扩散程序以及其所需的信息。再者，气体扩散程序以及其所需的信息并不限定于存储在被内置于计算机的存储器中的，也可以是存储在其他的存储介质中的，也可以是通过输入装置输入的，也可以是经由网络而接收的。
运算处理部11通过读取并执行存储于存储部12的气体扩散程序等软件，来模拟多孔质体中的气体的扩散。气体扩散模拟装置10分别可以由单独的装置构成，也可以由相互协作的多个装置构成。
<多孔质体的构成>
对作为气体扩散模拟的对象的图2的多孔质体20进行说明。在多孔质体20中设置有壁部分21以及多个细孔22。壁部分21例如由树脂和碳等有机物、玻璃等无机物、以及其混合物等形成。
细孔22是周围由壁部分21包围的空间，由包围该细孔22的周围的壁部分21的整个表面(细孔面20a)规定。在细孔22中设置有气体的粒子能够移动的空间(扩散空间23)。例如，在燃料电池的情况下，作为气体的粒子，可例示氢、氧以及氮等。
在细孔22中未配置液体状的水(液态水)的情况下，气体的粒子能够在全部的细孔22中移动，因此该扩散空间23等于细孔22。因此，扩散空间23由包围细孔22的周围的壁部分21的整个表面(细孔面20a)规定。规定扩散空间23的壁面(规定壁面23a)由细孔面20a构成。
与此相对，在细孔22中配置有液态水25的情况下，由于气体的粒子能够在细孔22之中的除了液态水25以外的空间中移动，因此从细孔22将液态水25除外的空间成为扩散空间23。因此，扩散空间23由多孔质体20的壁部分21以及液态水25的各表面规定。扩散空间23的规定壁面23a由包围细孔22的周围的壁部分21的整个表面(细孔面20a)之中的向扩散空间23露出的表面(多孔质体面20b)以及向扩散空间23露出的液态水25的表面(液态水面25a)构成。
而且，若配置于细孔22的液态水25增加，则包围细孔22的周围的壁部分21的表面被液态水25覆盖。在该情况下，扩散空间23由细孔22中的液态水25的表面规定。规定壁面23a由液态水面25a构成。
这样，扩散空间23由细孔22内的壁部分21的表面和液态水25的表面之中的至少一方表面形成。因此，扩散空间23的规定壁面23a由多孔质体面20b(细孔面20a)和液态水面25a之中的至少一方构成。
即，在壁部分21向扩散空间23露出的情况下，细孔22中的壁面(规定壁面23a)包含包围细孔22的周围的多孔质体20的壁部分21的表面(多孔质体面20b)。该多孔质体面20b为细孔面20a的一部分或全部。另外，在液态水25向扩散空间23露出的情况下，细孔22中的壁面(规定壁面23a)包含细孔22中的液态水25的表面(液态水面25a)。
在扩散空间23中，通过气体的粒子(第1气体粒子i)如虚线所示的轨迹26那样移动，从而气体扩散。在该扩散中包含第1气体粒子i一边与扩散空间23的规定壁面23a碰撞一边移动的扩散(努森扩散)、以及一边与不同于第1气体粒子i的气体的粒子(第2气体粒子j)碰撞一边移动的扩散(相互扩散)。因此，考虑努森扩散以及相互扩散，来进行多孔质体20中的气体扩散的模拟。
<气体扩散模拟方法>
气体扩散模拟方法例如利用气体扩散模拟装置10沿着图3所示的流程图执行。在此，对图2所示的多孔质体20中的气体的扩散进行模拟。
气体扩散模拟装置10的运算处理部11，求出基于在细孔22中由壁面包围的空间(扩散空间23)中的第1气体粒子i的均方位移的努森扩散系数、以及使用了努森扩散系数的努森扩散项(步骤S10)。
该努森扩散系数Dk eff(s，t)例如由下述式3表示。在此，MSD(s，t)是第1气体粒子i的均方位移。
Figure BDA0002280878160000071
努森扩散项
Figure BDA0002280878160000072
例如由下述式4表示。在此，xi k是与努森扩散相关的第1气体粒子i的摩尔分率。Dk eff(s)是实效的努森扩散系数，由式3的努森扩散系数Dk eff(s，t)来决定。vi是第1气体粒子i的速度[m/秒]。
Figure BDA0002280878160000073
另外，运算处理部11求出使用了第1气体粒子i和与第1气体粒子i不同的第2气体粒子j的相互扩散系数的相互扩散项
Figure BDA0002280878160000074
(步骤S11)。
该相互扩散项
Figure BDA0002280878160000075
基于多成分气体的分子扩散，由下述式6的斯蒂文斯韦伯尔定律表示。在式6中，xi m为与相互扩散相关的第1气体粒子i的摩尔分率，xi为第1气体粒子i的摩尔分率，xj为第2气体粒子j的摩尔分率，vj为第2气体粒子j的速度[m/秒]。Dij是相互扩散系数[m2/秒]，针对第1气体粒子i与第2气体粒子j的组合通过实验等预先确定。
Figure BDA0002280878160000076
然后，运算处理部11基于由努森扩散项和相互扩散项之和得出的第1气体粒子i的扩散方程式，来模拟第1气体粒子i的扩散(步骤S12)。例如，由努森扩散项
Figure BDA0002280878160000081
与相互扩散项
Figure BDA0002280878160000082
之和求出下述式8的尘气模型(Dusty gas model)中的扩散方程式。
Figure BDA0002280878160000083
运算处理部11能够基于下述式9的扩散方程式执行气体扩散模拟，来模拟多孔质体20中的气体的扩散。式9通过将式4的努森扩散项
Figure BDA0002280878160000084
和式6的相互扩散项
Figure BDA0002280878160000085
代入到式8中而得到。
<具体例>
更具体而言，气体扩散模拟方法沿着图4所示的流程图执行。在此，在细孔22中，由壁面包围的空间(扩散空间23)，由细孔22中的壁面(规定壁面23a)的位置信息规定。
该细孔22中的壁面(规定壁面23a)，由包围细孔22的周围的多孔质体20的壁部分21的表面(细孔面20a(多孔质体面20b))形成。在该情况下，细孔22中的壁面的位置信息通过包围细孔22的周围的多孔质体20的壁部分21的形状信息来确定。
另外，细孔22中的壁面(规定壁面23a)，由细孔22中的液态水25的表面(液态水面25a)形成。在该情况下，细孔22中的壁面的位置信息通过包围细孔22的周围的多孔质体20的壁部分21的形状信息、以及在细孔22中液态水25所占的饱和度来确定。
因此，运算处理部11取得在气体扩散模拟中作为对象的多孔质体20的信息(步骤S1)。该多孔质体20的信息至少包含多孔质体20的壁部分21的形状信息，也可以还包含壁部分21的材质信息。例如，作为该壁部分21的材质信息，可例示液态水25相对于壁部分21的接触角等，这些由实验等预先确定。
关于壁部分21的形状信息，通过多孔质体20的图像信息得到。例如，使用FIB-SEM(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscope(聚焦离子束扫描电镜))，针对多孔质体20在规定的方向上在不同的位置连续地拍摄多个截面图像。通过图像处理来对层叠了该多个截面图像的图像(层叠图像)进行二值化的作业。由此，包含细孔面20a的位置信息的模拟用的计算网格作为壁部分21的形状信息而制成。
接着，运算处理部11取得在细孔22中液态水25所占的饱和度(液态水25的饱和度sn)(步骤S2)。再者，在遵循图4的气体扩散模拟方法中取得一个或多个饱和度。液态水25的饱和度sn(＝s1···)是该饱和度之中的第n个(n是自然数)取得的液态水25的饱和度。
然后，运算处理部11基于步骤S1的多孔质体20的信息、以及步骤S2的液态水25的饱和度sn，确定实际的规定壁面23a的位置信息(步骤S3)。在此，首先，由液态水25的饱和度sn以及多孔质体20的信息(壁部分21的材质信息以及壁部分21的形状信息)来求出分布于细孔22的液态水25的位置信息。
例如，液态水25的位置信息能够基于扬克拉普拉斯式采用装填液态水25的孔隙形态学法来决定。具体而言，首先，根据壁部分21的材质信息以及压力(毛细管压力)，通过杨克拉普拉斯式(式1)决定在多孔质体20内能够存在液态水25的空隙的半径。在式1中，pc为毛细管压力[Pa]，γ为液态水25的表面张力[N/m]。另外，θ是液态水25相对于壁部分21的接触角[°]。这些根据壁部分21的材质信息求出。r是空隙的半径[m]。
对于规定的pc的值，装填液态水25直到半径r的空隙，决定多孔质体20内的细孔22中的液态水25的配置。与此同时，使pc的值变化，依次求出分布于细孔22的液态水25的位置信息。
然后，根据该液态水25的位置信息以及S1的细孔面20a的位置信息，求出规定壁面23a的位置信息。由此，确定了第1气体粒子i的扩散空间23。再者，也可以预先确定多孔质体20的信息以及液态水25的饱和度sn与规定壁面23a的位置信息的关系，并使用该关系求出规定壁面23a的位置信息。
接着，运算处理部11取得通过该规定壁面23a的位置信息来确定的扩散空间23中的第1气体粒子i的均方位移(MSD)(步骤S4)。均方位移是在基于规定壁面23a的位置信息的扩散空间23中，从某个时间t下的粒子的初始位置起的移动距离的平方，由下述式2表示。
在式2中，MSD(s，t)是在某个液态水25的饱和度s、时间t下的均方位移[m2]。ai(t)是时间t下的第1气体粒子i的a方向的坐标位置，bi(t)是时间t下的第1气体粒子i的b方向的坐标位置，ci(t)是时间t下的第1气体粒子i的c方向的坐标位置。t是时间[秒]。再者，a方向、b方向以及c方向是相互正交的方向。另外，饱和度s是饱和度sn的代表值。
MSD(s，t)＝(ai(t)-ai(0))2+(bi(t)-bi(0))2+(ci(t)-ci(0))2 (式2)
某个时间t下的第1气体粒子i的位置(ai(t)、bi(t)、ci(t))，例如通过将多孔质体20的中心配置于初始位置之后使第1气体粒子i随机漫步而决定。另外，第1气体粒子i设为通过例如镜面反射、各向同性散射以及cosθ定律而散射的气体粒子。
另外，均方位移，除了上述的方法以外，也可使用分子动力学法求出。在该情况下，在均方位移中，可除了第1气体粒子i的散射之外还考虑第1气体粒子i向规定壁面23a的吸附来求出。
运算处理部11根据第1气体粒子i的均方位移MSD(sn，t)算出努森扩散系数Dk eff(sn，t)(步骤S5)。努森扩散系数Dk eff(sn，t)是某个液态水25的饱和度sn下的努森扩散系数，例如由上述式2的MSD(sn，t)通过上述式3算出。
在式3中，Dk eff(sn，t)是在液态水25的饱和度sn、时间t下的努森扩散系数[m2/秒]。式3中的MSD(sn，t)的时间微分的值时刻地变化，但在充分地经过了时间后的稳定的平衡状态下收敛于某个恒定值。例如，在以与液态水25的饱和度sn相应的MSD(sn，t)为纵轴、以时间t为横轴的图表中，在充分地经过了时间之后近似于直线。根据该直线的斜率以及式3，求出在液态水25的饱和度sn下的努森扩散系数Dk eff(sn)。
运算处理部11进而判断是否取得液态水25的饱和度sn(步骤S6)。液态水25的饱和度sn被设定在0～1的范围。液态水25的饱和度sn为0表示在细孔22中未配置液态水25的状态，液态水25的饱和度sn为1表示在细孔22中充满了液态水25的状态。
对于在规定的液态水25的饱和度sn下的气体扩散模拟，也可以取得1个饱和度。另外，对于在任意的饱和度下的气体扩散模拟，也可以取得多个饱和度。在该情况下，取得的饱和度的数量也可以根据将0～1的范围的饱和度分割的数量来决定。
该取得的液态水25的饱和度sn的数量越多，气体扩散模拟的精度越提高，但模拟需要时间。因此，考虑精度以及时间来预先确定要取得的饱和度的数量。在所取得的饱和度sn的数量未达到规定数的情况下(步骤S6：是)，返回到步骤S2的处理，重复进行步骤S2至S5的处理。
另一方面，若所取得的饱和度sn的数量达到规定数，则取得了全部(n个)液态水25的饱和度(步骤S6：否)。在该情况下，针对各饱和度sn得到努森扩散系数Dk eff(sn)。运算处理部11根据该n个(1个或多个)努森扩散系数Dk eff(sn)来决定实效的努森扩散系数Dk eff(s)，求出使用了它的努森扩散项
Figure BDA0002280878160000111
(步骤S7)。
在使用一个努森扩散系数Dk eff(sn)的情况下，由该努森扩散系数Dk eff(sn)表示实效的努森扩散系数Dk eff(s)。在使用多个努森扩散系数Dk eff(sn)的情况下，实效的努森扩散系数Dk eff(s)用将液态水25的饱和度s作为变量的值表示。
努森扩散项
Figure BDA0002280878160000123
由上述式4表示，式4通过将下述式5变形而求出。式5是包含考虑了扩散空间23的规定壁面23a的实效的努森扩散系数Dk eff(s)的式子，是用与菲克扩散相同的形式表示的。
Figure BDA0002280878160000121
另外，运算处理部11取得相互扩散系数Dij，求出使用了它的相互扩散项
Figure BDA0002280878160000124
(步骤S8)。该相互扩散项基于多成分气体的分子扩散，由上述式6的斯蒂文斯韦伯尔定律表示。
根据斯蒂文斯韦伯尔定律，扩张表示某个成分的气体的扩散仅受到该成分的浓度梯度的影响的菲克第一定律，不仅该成分的浓度梯度，其他的成分的物理量也对气体的扩散给予影响。另外，在此示出的二成分系的主体(bulk)的相互扩散系数Dij通过下述式7的查普曼-豆科格(Chapman-Enskog)式求出。
在式7中，T为气体的温度[K]。Mi为第1气体粒子i的分子量[kg/kmol]，Mj为第2气体粒子j的分子量[kg/kmol]。p为气体的压力[kPa]。σij为碰撞的第1气体粒子i和第2气体粒子j的特性直径[10-10m]，为1/2(σi+σj)。ΩD，ij为基于兰纳-琼斯势(Lennard-Jones)的碰撞积分。
Figure BDA0002280878160000122
接着，运算处理部11根据所求出的努森扩散项
Figure BDA0002280878160000126
与相互扩散项
Figure BDA0002280878160000127
之和，求出上述式8的尘气模型(Dusty gas model)下的气体扩散方程式(步骤S9)。而且，运算处理部11能够基于式9的气体扩散方程式执行气体扩散模拟，来模拟多孔质体20中的气体的扩散。
在该气体扩散模拟中，由实际的多孔质体20的细孔22中的规定壁面23a的位置信息规定了扩散空间23。由此，能够进行与实际的细孔22相应的更高精度的气体扩散模拟。
另外，规定壁面23a由多孔质体面20b(细孔面20a)和液态水面25a中的至少一方表面形成。这样，不仅考虑细孔22中的壁部分21，也考虑液态水25，使努森扩散项中所使用的规定壁面23a更适合于实际。因此，能够进行更高精度的气体扩散模拟。
而且，通过在细孔22中液态水25所占的饱和度(液态水25的饱和度sn)，取得规定壁面23a的位置信息。由此，能够以短时间进行气体扩散模拟。
也就是说，在非专利文献1中，在包含液态水25的多孔质体20中，通过实验测定气体的实效透过率，使用实效透过率作为参数来算出努森扩散系数。因此，需要根据多孔质体20的形状通过实验来取得作为努森扩散系数的参数的实效透过率，气体扩散模拟需要时间。
与此相对，在实施方式涉及的气体扩散模拟中，通过液态水25的饱和度sn来确定实际的规定壁面23a的位置信息。决定了通过位置信息确定的扩散空间23中的努森扩散系数。因此，不需要通过实验求出与多孔质体20的形状相应的努森扩散系数的参数，能够大幅度地削减气体扩散模拟的时间。
另外，在分别求出努森扩散项
Figure BDA0002280878160000131
以及相互扩散项
Figure BDA0002280878160000132
之后，使用由它们之和得出的气体扩散方程式，来进行气体扩散模拟。因此，与进行如专利文献1那样的使用了玻尔兹曼方程式的气体扩散模拟相比，能够以短时间进行气体扩散模拟。
而且，在努森扩散项
Figure BDA0002280878160000133
中，使用了基于由规定壁面23a包围的扩散空间23中的第1气体粒子i的均方位移的努森扩散系数。由此，能够得到符合实际的扩散空间23中的努森扩散系数，能够高精度地进行气体扩散模拟。
再者，在上述的实施方式中示出的构成为一例，也可以适当变更。例如，在多孔质体20不包含液态水25的情况下，在图4的气体扩散模拟方法的流程图中，能够省略S2以及S6。
在该情况下，规定壁面23a由多孔质体面20b(即，细孔面20a)形成。因此，规定壁面23a的位置信息通过多孔质体面20b(细孔面20a)的形状信息来确定。而且，由该位置信息规定扩散空间23。
另外，在上述例子中，基于多孔质体20的信息以及液态水25的饱和度sn来确定了规定壁面23a的位置信息。但是，该位置信息的确定方法并不限定于此。
例如，在多孔质体20的细孔22中包含液态水25的情况下，运算处理部11也可以取得包含液态水25的多孔质体20的表面的形状信息，并通过该形状信息来确定规定壁面23a的位置信息。在此，在壁部分21的表面的一部分被液态水25覆盖的情况下，通过所取得的多孔质体面20b的形状信息以及液态水面25a的形状信息来确定规定壁面23a的位置信息。另外，在壁部分21的表面整体被液态水25覆盖的情况下，通过所取得的液态水面25a的形状信息来确定规定壁面23a的位置信息。
另外，根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本公开的许多的改良和其他的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅作为例示来解释，是以向本领域技术人员教导实施本公开的最佳方式为目的而提供的。能够在不脱离本公开的精神的范围内实质性地变更其结构和/或功能的细节。
产业上的可利用性
本公开的气体扩散模拟方法以及装置，作为能够高精度且短时间地模拟多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法以及装置等是有用的。
附图标记说明
10：气体扩散模拟装置
11：运算处理部
20：多孔质体
20b：多孔质体面(壁部分的表面)
21：壁部分
22：细孔
23：扩散空间(由壁面包围的空间)
23a：规定壁面(细孔中的壁面)
24：细孔面
25：液态水
25a：液态水面(液态水的表面)
i：第1气体粒子
j：第2气体粒子

Claims (7)

1.一种气体扩散模拟方法，是模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的气体扩散模拟方法，
求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，
求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，
基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。
2.根据权利要求1所述的气体扩散模拟方法，
在所述细孔中由所述壁面包围的空间由所述细孔中的壁面的位置信息规定。
3.根据权利要求1或2所述的气体扩散模拟方法，
所述细孔中的壁面至少由包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的表面形成。
4.根据权利要求3所述的气体扩散模拟方法，
所述细孔中的壁面的位置信息通过包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的形状信息来确定。
5.根据权利要求1或3所述的气体扩散模拟方法，
所述细孔中的壁面至少由所述细孔中的液态水的表面形成。
6.根据权利要求5所述的气体扩散模拟方法，
所述细孔中的壁面的位置信息通过包围所述细孔的周围的所述多孔质体的壁部分的形状信息、以及在所述细孔中所述液态水所占的饱和度来确定。
7.一种气体扩散模拟装置，
具备模拟设置有多个细孔的多孔质体中的气体的扩散的运算处理部，
所述运算处理部以下述方式被构成：求出基于在所述细孔中由壁面包围的空间中的第1气体粒子的均方位移的努森扩散系数、以及使用了所述努森扩散系数的努森扩散项，
求出使用了所述第1气体粒子和与所述第1气体粒子不同的第2气体粒子的相互扩散系数的相互扩散项，
基于由所述努森扩散项和所述相互扩散项之和得出的所述第1气体粒子的扩散方程式来模拟所述第1气体粒子的扩散。
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