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一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

在現實生活中,我們遇到的很多工況問題,涉及到并不是由一個單一的實體場,例如:流場,結構力學場,磁場,電場,化學場等。恰恰相反,實際的問題往往是由多個實體場互相作用産生的,是以在進行仿真研究的過程中,為了得到與實際工況相符合的精确結果,就需要考慮進行多實體場仿真。

對于一個仿真新手而言,單場仿真都不一定能搞定,多場仿真必然難上加難。這一假設在一般使用者使用的商用軟體上往往是成立的,然而有些時候也不盡然,像COMSOL公司推出的COMSOL MULTIPHYSICS,就是将多實體場的耦合作了一定的簡化。

對于多實體場仿真,實際上有一套通用的工作流程,使用者對模型進行模組化,隻需要遵從下列步驟,正确操作,即可完成模型的建構及後續的分析:

  • 定義需要求解的問題類型
  • 繪制或導入CAD幾何
  • 定義每個求解域的材料屬性
  • 定義需要求解的問題類型
  • 網格剖分
  • 求解模型
  • 後處理和報告結果
  • 修改和優化

接下來逐條為大家解釋:

1、定義需要求解的問題類型:對于使用者需要通過仿真考察的問題,首先我們需要了解其背後設計到哪些實體場,應該選用哪種合适的控制方程,各個實體場之間的耦合關系如何;

2、繪制或導入CAD幾何:使用者可以導入事先畫好的幾何模型,或者直接在COMSOL中作圖,可以依據具體的情況進行調整。之後要對模型檔案進行幾何上的修改,以滿足仿真的要求;

一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

3、定義每個求解域的材料屬性:針對不同材料選擇相應的材料屬性進行指派,同時可以進行材料自定義來滿足案例的特殊需求;

一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

4、定義需要求解的問題類型:為每個實體場設定載荷和邊界條件,并完成多實體場的設定;

5、網格剖分:可以使用COMSOL自帶的網格自動生成功能對網格進行剖分,或使用自定義網格剖分;

6、求解模型:進行模型的求解,針對收斂問題,可以進行求解器的微調;

一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

7、後處理和報告結果:對于後處理,可以進行各類衍生值計算,進而得到想要考察的對象;

一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

8、修改和優化:根據已經有的結果進行對模型進行修改,甚至可以與優化子產品聯用進行優化操作。

一套新手自學COMSOL多實體場仿真的秘訣

那麼,多實體場仿真相較單場仿真,它的優勢在哪裡呢?

簡而言之用一個詞概括的話,就是——精确。

相較于單場仿真,多場仿真所使用求解的矩陣要大的多以及複雜的多,為了確定多場耦合,COMSOL所有的數值方法都是有限元,進而來確定多場耦合的可行性問題。雖然這會在流體求解瞬态時造成一定的問題,但是鑒于該産品的優勢是多場耦合,是以有一定的取舍也是情理之中的。

在模組化過程中,你可以根據問題實際問題來選擇是使用強耦合還是弱耦合,具體則是每個案例各不相同,如果對此感興趣的,也可以在本次基礎課程的後期,有一個大緻的了解,在這裡,首先為大家解讀一個案例,以供參考:

我們以軟體自帶的案例庫中的燈泡的自然對流為例:​​​​​​​

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