Utilisation de Comsol Multiphysics pour la - Agrosup Dijon
Transcript of Utilisation de Comsol Multiphysics pour la - Agrosup Dijon
Utilisation de Comsol Multiphysics dans la réalisation de modèles numériques :
une aide au calcul et à l’interprétation de phénomènes physiques complexes
Appliqué aux champs électriques pulsés
Réunion GMN 3A 06/12/2011 Eric FERRET - Cyril IACONELLI
Agenda – 3 items Présentation du logiciel - Comsol : description du logiciel et de ses modules - Plan de décisions et de construction d’un modèle - Réalisation d’un exemple simple
1
Application au champs électriques pulsés - Une analyse approfondie de la chambre de traitement - Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule - Perspectives…
2
Agenda – 3 items Présentation du logiciel - Comsol : description du logiciel et de ses modules - Plan de décisions et de construction d’un modèle - Réalisation d’un exemple simple
1
Application au champs électriques pulsés - Une analyse approfondie de la chambre de traitement - Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule - Perspectives…
2
COMSOL Multiphysics (FEMLAB) est un logiciel de résolution de modèles différentiels (pde) multiphysique (généricité, couplage mécaniques des fluides,
électromagnétisme, mécaniques des structures, thermique) par ELEMENTS FINIS nombre illimité d'interactions entre différentes physiques
COMSOL Multiphysics est multiplateforme: Windows, Mac, GNU-Linux... COMSOL Multiphysics ... contient la plupart des équations, utilise une interface graphique peu de programmation directe Interface MATLAB possible
COMSOL Multiphysics a été développé par des étudiants de Germund Dahlquist (1925-2005) à la Royal Institute of Technology à Stockholm
Modules COMSOL
Exemples
Exemple : Equations Transferts Chaleur dans les fluides
Autres logiciels éléments finis ABAQUS (Dassault Systèmes) ANSYS CAST3M : logiciel pluridisciplinaire français développé par le
CEA (gratuit pour l'enseignement et la recherche) ASTER : logiciel pluridisciplinaire libre français développé
par EDF Dytran : logiciel américain développé par MSC.Software Flux2D/3D : logiciel 2D&3D éléments finis français
(développé en collaboration avec le GE2Lab) ...
Son interface graphique
Constructeur de modèle
Paramétrage du modèle
Représentation graphique
Plan de décisions et de construction
Choix de la dimension : 3D, 2D, 2D axisymétrique…
Choix des modules physique : Transfert de chaleur, Transport d’espèces, Ecoulement
laminaire… Choix du type d’étude : Stationnaire, Temporelle, Fréquentielle…
Construction de la géométrie Choix du (ou des) matériau(x) Paramétrage du (ou des) module(s) physique(s) Paramétrage et calcul du maillage Paramétrage et calcul de l’étude Représentation graphique des résultats
Refroidissement convectif
Réalisation d’un exemple simple : refroidissement d’une tasse de café Choix de la dimension : 2D axisymétrique
Choix des modules physique : Transfert de chaleur
Choix du type d’étude : Temporelle
Construction de la géométrie Choix du (ou des) matériau(x) Paramétrage du (ou des) module(s) physique(s) Paramétrage et calcul du maillage Paramétrage et calcul de l’étude Calcul de 0 à 5min
Représentation graphique des résultats
Bois
Porcelaine
Eau
25°C
Température initiales
(25°C)
(70°C)
(25°C)
Agenda – 3 items Présentation du logiciel - Comsol : description du logiciel et de ses modules - Plan de décisions et de construction d’un modèle - Réalisation d’un exemple simple
1
Application au champs électriques pulsés - Une analyse approfondie de la chambre de traitement - Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule - Perspectives…
2
Une analyse approfondie de la chambre de traitement
Modules physiques utilisés : Ecoulement laminaire Courant Électrique Transfert de chaleur Source de chaleur : énergie dissipée par
effet Joule Diffusion de la chaleur
Volume traité
Mesure de température:
Text et Tint
Échantillon : MW modifié
S. cerevisiae BY4742 WT 3.107 cellules/mL
σ=0,15 S/m
Prélèvement stérile
Pompe péristaltique
(30mL/min)
Une analyse approfondie de la chambre de traitement
Les « particules » les plus « rapides » ont un temps de séjour de 0,7 seconde.
Une élévation plus importante de la température est observée au niveau des zones mortes.
Une analyse approfondie de la chambre de traitement
1er tour
2ème tour
Piston central
Conclusions : Il est possible de mieux comprendre l’impact des différents phénomènes sur l’inactivation des microorganismes lors du traitement. Aide au design d’une nouvelle chambre
Mesure expérimentale à 25°C Simulation numérique à 25°C
Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule
Augmentation de la température
Dénaturation du matériel cellulaire
(In)activation enzymatique
Electroporation
Diffusion de matière et de chaleur au cours du temps Énergie pour former un pore
Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule
Modules physiques utilisés : Courant Électrique Transfert de chaleur Source de chaleur : énergie dissipée par
effet Joule Diffusion de la chaleur
Répartition hétérogène de pore autour de la « membrane ». Modélisation en 2D Géométrie fixe
MW modifié
Couche d’huile
Milieu intracellulaire
Potentiel électrique
Masse
Échauffement localisé lors de l’application de CEP sur une cellule seule
∆T = 19°C
∆T = 6°C
temps
éner
gie
En général : Réalisation de simulations lorsque les mesures sont impossibles Simulations numériques pour guider vers le choix matériel …
Séchage : Allure des flux d’ « air » au sein d’une enceinte de séchage Vitesse d’équilibre entre la matrice à sécher et l’atmosphère de
séchage …
Réacteurs : Équilibre phase gazeuse / phase liquide Vitesse de réaction en fonction de l’agitation Aide pour le choix d’une agitation particulière Simulation de « réacteurs » physiques, biologiques...
Application de Comsol à d’autres problèmes
Merci de votre attention…