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一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

在现实生活中,我们遇到的很多工况问题,涉及到并不是由一个单一的物理场,例如:流场,结构力学场,磁场,电场,化学场等。恰恰相反,实际的问题往往是由多个物理场相互作用产生的,所以在进行仿真研究的过程中,为了得到与实际工况相符合的精确结果,就需要考虑进行多物理场仿真。

对于一个仿真新手而言,单场仿真都不一定能搞定,多场仿真必然难上加难。这一假设在一般用户使用的商用软件上往往是成立的,然而有些时候也不尽然,像COMSOL公司推出的COMSOL MULTIPHYSICS,就是将多物理场的耦合作了一定的简化。

对于多物理场仿真,实际上有一套通用的工作流程,用户对模型进行建模,只需要遵从下列步骤,正确操作,即可完成模型的构建及后续的分析:

  • 定义需要求解的问题类型
  • 绘制或导入CAD几何
  • 定义每个求解域的材料属性
  • 定义需要求解的问题类型
  • 网格剖分
  • 求解模型
  • 后处理和报告结果
  • 修改和优化

接下来逐条为大家解释:

1、定义需要求解的问题类型:对于用户需要通过仿真考察的问题,首先我们需要了解其背后设计到哪些物理场,应该选用哪种合适的控制方程,各个物理场之间的耦合关系如何;

2、绘制或导入CAD几何:用户可以导入事先画好的几何模型,或者直接在COMSOL中作图,可以依据具体的情况进行调整。之后要对模型文件进行几何上的修改,以满足仿真的要求;

一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

3、定义每个求解域的材料属性:针对不同材料选择相应的材料属性进行赋值,同时可以进行材料自定义来满足案例的特殊需求;

一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

4、定义需要求解的问题类型:为每个物理场设定载荷和边界条件,并完成多物理场的设置;

5、网格剖分:可以使用COMSOL自带的网格自动生成功能对网格进行剖分,或使用自定义网格剖分;

6、求解模型:进行模型的求解,针对收敛问题,可以进行求解器的微调;

一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

7、后处理和报告结果:对于后处理,可以进行各类衍生值计算,从而得到想要考察的对象;

一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

8、修改和优化:根据已经有的结果进行对模型进行修改,甚至可以与优化模块联用进行优化操作。

一套新手自学COMSOL多物理场仿真的秘诀

那么,多物理场仿真相较单场仿真,它的优势在哪里呢?

简而言之用一个词概括的话,就是——精确。

相较于单场仿真,多场仿真所使用求解的矩阵要大的多以及复杂的多,为了确保多场耦合,COMSOL所有的数值方法都是有限元,从而来确保多场耦合的可行性问题。虽然这会在流体求解瞬态时造成一定的问题,但是鉴于该产品的优势是多场耦合,因此有一定的取舍也是情理之中的。

在建模过程中,你可以根据问题实际问题来选择是使用强耦合还是弱耦合,具体则是每个案例各不相同,如果对此感兴趣的,也可以在本次基础课程的后期,有一个大致的了解,在这里,首先为大家解读一个案例,以供参考:

我们以软件自带的案例库中的灯泡的自然对流为例:​​​​​​​

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