COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“CFD 模块”的用户提供了新的分离涡模拟 接口,在多孔域中使用雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 湍流模型的功能,并添加了新的接口用于模拟高马赫数流动中的化学物质传递和反应。请阅读以下内容,进一步了解 CFD 的更新功能。
分离涡模拟接口
新的分离涡模拟 (DES) 接口采用了 RANS 与大涡模拟 (LES) 的混合公式,其中 RANS 用于边界层,而 LES 则用于其他位置。这种方法的好处是:与纯 LES 方法相比,它需要的边界层网格密度较小,从而可以极大地减少求解模型方程时的内存需求和计算时间。在某些情况下,这种计算性能的提高只对精度有很小的影响。DES 接口将 Spalart-Allmaras 湍流模型与 LES 模型相结合:基于残差的变分多尺度 (RBVM)、基于残差的含黏度变分多尺度 (RBVMWV) 或 Smagorinsky。Spalart-Allmaras 中可以使用低雷诺数或自动壁处理等方法对壁附近的流动进行建模。
流体从左向右流经障碍物。靠近实体壁的粉色区域(顶部和底部)自动使用 Spalart-Allmaras 湍流模型,而其他位置则使用 LES。
多孔域中的 RANS 湍流模型
许多系统都涉及开放域和多孔域的组合,例如过滤器和催化转化器。对于这些系统,在开放域和多孔域中都使用 RANS 湍流模型往往很有帮助。多孔介质湍流模型 列表中现在包含三个公式选项:Nakayama-Kuwahara、Pedras-de Lemos 和默认(结合了其他两个模型)。此特征现在可以在以下接口中使用:
湍流,k-ε
湍流,Realizable k-ε
湍流,低雷诺数 k-ε
湍流,k-ω
湍流,SST
湍流,v2-f
空气过滤器前端的流速以及流经过滤器的速度流线,流线颜色表示压力场。过滤器的背面由矩形栅格结构(白色)支撑。
高马赫数反应流接口
现在,可以在浓溶液和稀溶液实现高马赫数流动与化学物质传递和反应的耦合。在“模型向导”的化学物质传递 分支下,高马赫数反应流 接口包含两个变体,可以将完全可压缩流与稀物质传递 或浓物质传递 接口(需要“化学反应工程模块”许可证)相结合。这些接口通常用于模拟气相传输和反应。此外,借助新的功能,您还可以选择使用“化学反应工程模块”中提供的化学 特征来管理复杂的化学反应机制。
一枚火箭穿过球形溶质云。流动产生的钻石型驻波会影响云中的溶质浓度。
用于多相流耦合的多相材料
对于两相流,水平集、两相流,相场 和 三相流,相场 多物理场耦合,您现在可以选择包含来自多相材料 节点的有效材料属性(具有内置的混合规则)。当这些多物理场接口与其他物理场(例如传热或静电)耦合时,这一点尤其有效,原因是多相材料将使用适当的混合规则来处理非流体材料属性。在旧版本中,这需要您根据每个液相的体积分数编写用户定义的表达式,才能计算每个物理场接口中使用的有效材料属性。
泰勒锥模型中的液-气界面。作用于薄流体-流体界面上的电场引起的静电力使液体发生位移。其中通过多相材料计算 静电接口中使用的相对介电常数。
新的“多孔介质中的水平集”接口
新的多孔介质中的水平集 接口包含多孔介质 特征,可以链接到多孔材料 节点中给出的孔隙率定义。此特征在水平集 和 Brinkman 方程,两相流,水平集 多物理场接口中提供。您可以在新的风力发电机叶片的树脂传递模塑教学案例中查看这些特征的应用演示。
多孔介质中的水平集接口中新增的 多孔介质特征。
无弹性非牛顿材料属性组
新版本为所有可用的无弹性非牛顿模型添加了专门的材料属性组,每个材料属性组都包含所有必要的材料参数和表观黏度表达式,并从流体流动 接口获取剪切速率,以通过同步规则来定义流体的动力黏度。因此,可以通过将相应的材料属性 组作为子节点添加到材料节点来直接选择无弹性非牛顿模型。
相 节点的设置。请注意,本例在 材料节点中直接选择了非牛顿模型。
CFD 的性能得到提升
许多 CFD 应用使用的对称耦合 Gauss-Seidel (SCGS) 方法现在具有更好的默认设置,在很多情况下可以减少 30% 的 CPU 时间。此外,采用集群计算的多重网格求解器的内存需求已减少多达 25%。
采用 LES 计算的跑车周围的流动剖面。在流-固耦合 (FSI) 分析中,使用流场和压力场来计算侧视镜和车门上的力。
含物质传递的分散两相流
新的含物质传递的分散两相流 接口极大地增强了模拟两相流中化学物质传递和反应的能力。这个新的多物理场接口描述了由连续液相中的液滴或气泡组成的两相之间的化学物质传递,可用于对分离过程进行建模,例如液-液萃取和工艺废气的湿式洗涤。这种两相系统在散装和精细化工行业都很常见。
薄屏障多物理场耦合
多孔介质多相流 接口包含新的薄屏障 多物理场耦合的可选项,可以添加一个薄层作为所有相的流场的阻力,而无需沿该层的厚度方向进行网格划分。
黏性耗散的热壁函数得到增强
非等温流动 耦合的传热湍流 设置中新增了热壁函数 设置,可用于 RANS 湍流模型。其中包含两个选项:标准,适用于大多数配置;壁上的高黏性耗散,可以分析边界层中的黏性耗散。在分析快速的内部流动时,尤其是在狭窄路径或流体非常黏稠的情况下,这是获得准确结果的必要选项。
新的和更新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“CFD 模块”引入了多个新的和更新的教学案例。
风力发电机叶片的树脂传递模塑
树脂传递模塑 (RTM) 过程建模。图中显示风力发电机叶片中的树脂体。
跑车车门上的流-固耦合
基于 LES 分析的跑车侧门上的侧视镜周围的流线型图案。
ONERA M6 机翼上的跨音速流
本例使用 高马赫数流动,Spalart-Allmaras 接口查找机翼上的马赫数分布。
山丘三维几何的大涡模拟
山丘三维模型上的湍流用沿表面的瞬时流线表示。
三相混合器(需要“搅拌器模块”)
搅拌混合器中轻颗粒(蓝色)和重颗粒(红色)的流线和体积分数。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“聚合物流动模块”的用户引入了多相流耦合的材料、无弹性非牛顿材料属性组和非等温黏弹性流动仿真。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。
多相流耦合器的多相材料
两相流,水平集、两相流,相场 和三相流,相场 的多物理场耦合有一个新选项,可以从多相材料 节点获得有效材料属性(具有内置的混合规则)。当这些多物理场接口与其他物理场(例如传热或静电)耦合时,这一点尤其有效,原因是多相材料将使用适当的混合规则来处理非流体材料属性。在以前的版本中,这需要您根据每个液相的体积分数编写用户定义的表达式,才能计算每个物理场接口中使用的有效材料属性。您可以在现有的非牛顿狭缝式涂布 - 二维和橡胶注射成型模型中查看这一新特征的应用演示。
用于计算两相非等温流动模型有效材料属性的 混合规则表。材料属性与温度和转化率有关。
无弹性非牛顿材料属性组
新版本为“聚合物流动模块”中的大多数无弹性非牛顿模型添加了专门的材料属性组。每个材料属性组都包含所有必要的材料参数和表观黏度表达式,并从流体流动 接口获取剪切速率,以通过同步规则来定义流体的动力黏度。因此,可以通过将相应的材料属性 组作为子节点添加到材料节点来直接选择无弹性非牛顿模型。您可以在以下模型中查看这一新特征的应用演示:
slot_die_coating2d
rubber_injection_molding
power_law_mixer
相节点的设置。请注意,本例在 材料节点中直接选择了非牛顿模型。
非等温黏弹性流动
黏弹性流动 接口中的流体属性 节点现在包含一个选项,可以使用一组预定义的热函数来指定材料属性的温度依存性。
新的非等温流动 多物理场耦合可用于耦合黏弹性流动 和流体传热 接口。如果选中了包含不可逆损失 复选框,软件会分析与不可逆损失引起的加热相对应的热源。新的非等温流动,黏弹性流动 接口包含黏弹性流动 和流体传热 接口以及非等温流动 多物理场耦合。
黏弹性流动在模具中的非等温流动期间的温度分布。
“水平集”接口功能改进
在水平集 接口中,新增的多孔介质 特征可以链接到多孔材料 节点中给出的孔隙率定义。默认情况下,Brinkman 方程,两相流,水平集 多物理场接口和新的多孔介质中的水平集 接口包含这一新特征。您可以在新的风力发电机叶片的树脂传递模塑模型中查看这一改进。
多孔介质中的水平集接口中新增的 多孔介质特征。
新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“聚合物流动模块”引入了一个新的教学案例。
风力发电机叶片的树脂传递模塑
注入树脂 30 分钟后风力发电机叶片的速度场和树脂体积分数。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“微流体模块”的用户引入了无弹性非牛顿属性组、用于多相流耦合的材料和新的多孔介质中的水平集 接口。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。
用于多相流耦合的多相材料
对于两相流,水平集、两相流,相场 和 三相流,相场 多物理场耦合,您现在可以选择包含来自多相材料 节点的有效材料属性(具有内置的混合规则)。当这些多物理场接口与其他物理场(例如传热或静电)耦合时,这一点尤其有效,原因是多相材料将使用适当的混合规则来处理非流体材料属性。在旧版本中,这需要您根据每个液相的体积分数编写用户定义的表达式,才能计算每个物理场接口中使用的有效材料属性。以下现有模型演示了这一新特征:
capillary_fillingls
electrocoalescence
inkjet_nozzle_ls
rising_bubble_2daxi
droplet_breakup
three_phase_bubble
泰勒锥模型中的液-气界面。作用于薄流体-流体界面上的电场引起的静电力使液体发生位移。其中通过多相材料计算 静电接口中使用的相对介电常数。
无弹性非牛顿材料属性组
新版本为所有可用的无弹性非牛顿模型添加了专门的材料属性组,每个材料属性组都包含所有必要的材料参数和表观黏度表达式,并从流体流动 接口获取剪切速率,以通过同步规则来定义流体的动力黏度。因此,可以通过将相应的材料属性 组作为子节点添加到材料节点来直接选择无弹性非牛顿模型。
相材料节点的设置。请注意,本例在 材料节点中选择了非牛顿模型。
多孔介质中的水平集
在水平集 接口中,新增的多孔介质 特征可以采用多孔材料 节点中给出的孔隙率定义。新的多孔介质中的水平集 接口默认包含这一新特征。您可以在新的风力发电机叶片的树脂传递模塑模型中查看此更新:
多孔介质中的水平集接口中新增的 多孔介质特征。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“多孔介质流模块”的用户提供了新的物理场接口用于分析多孔介质多相流,新增了定义相变表达式的功能,并增强了裂隙流动建模功能。您可以在两个新的教学案例中查看新的多相流接口和相变功能的应用演示。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。
新的“多孔介质中的水平集”接口
新的多孔介质中的水平集 接口包含多孔介质 特征,可以链接到多孔材料 节点中给出的孔隙率定义。此特征在水平集 和 Brinkman 方程,两相流,水平集 多物理场接口中提供。您可以在新的风力发电机叶片的树脂传递模塑教学案例中查看这些特征的应用演示。
多孔介质中的水平集接口中新增的 多孔介质特征。
用户定义的相变
在多孔介质传热 接口中,相变材料 子节点现在包含一个选项,可以引入用户定义的相变函数,使您能够使用来自测量数据的准确相变描述。您可以在新的半无限土柱的相变 - Lunardini 解和现有的冻土夹杂物教学案例中查看此特征的应用演示。
相变特征的设置,以通过用户定义的相变函数对冻土夹杂物的融化进行建模。
裂隙的处理得到改进
在达西定律 和裂隙流 接口中,现在使用裂隙 节点的相特定属性来定义裂隙,其中包含一个描述流体(例如气体、液体或理想气体)的流体 子节点,以及一个说明裂隙属性(例如孔隙率或导水系数)的裂隙材料 子节点。在裂隙 设置中,您可以将流动描述为达西流(慢)或非达西流(快),其中还提供了新的线性储水 模型选项。在达西定律 接口中,您可以选择裂隙是否具有高传导性(如开放通道),或者是否可以用薄屏障来表示。
此外,裂隙 节点也已添加到裂隙中的稀物质传递 和多孔介质中的稀物质传递 接口中,并与多孔介质传递的其他裂隙节点一致。您可以在现有的活性炭芯陶瓷滤水器教学案例中查看这些改进功能。
达西定律和 多孔介质中的稀物质传递接口中新设计的 裂隙特征。设置窗口显示 达西定律接口中该特征的新选项。
薄屏障多物理场耦合
多孔介质多相流 接口包含新的薄屏障 多物理场耦合,此特征为可选项,可以添加一个薄层作为所有相的流场的阻力,而无需沿该层的厚度方向进行网格划分。
新增用于多孔介质多相流的 薄屏障多物理场耦合功能。
新的预定义绘图
现在,用户可以在计算研究后添加由物理场接口预定义的绘图。从结果 部分的工具栏中打开新的添加预定义的绘图 窗口后,您可以从许多预定义的绘图中进行选择。可用的绘图以树状结构进行组织,您可以很方便地在其中使用添加绘图 按钮来选择要添加的绘图。
新的预定义绘图显示“陶瓷滤水器”模型的压力和速度。
气候数据:ASHRAE 2021
用户可以从定义 > 共享属性 下的环境属性 节点定义温度、湿度、降水量和太阳辐射等环境属性。除了可以添加用户定义的气象数据以外,您还可以参考“美国采暖、制冷与空调工程师学会”(ASHRAE) 提供的手册中的值,根据每月和每小时的平均测量值计算出环境变量。ASHRAE 2021 手册中的气象数据已集成到 COMSOL Multiphysics® 中,其中包含来自全球 8500 多个气象站的环境数据。您可以在现有的木质框架墙的冷凝风险教学案例中查看这一新功能的应用演示。
本例使用 ASHRAE 2021 的天气数据来定义“木质框架墙的冷凝风险”模型中外部边界的热湿通量。
吸湿性多孔介质中水分输送的附加特征
为了简化模型定义,新版本中更新了水分流动 多物理场耦合,以便在 Brinkman 方程 接口计算的质量平衡中考虑水分输送 接口计算的蒸发率变量。此外,开放边界 和流入 边界条件现在可应用到与吸湿性多孔介质 处于活动状态的域相邻的外部边界。
新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“多孔介质流模块”引入了两个新的教学案例。
半无限土柱的相变 - Lunardini 解
一天、两天和三天后的温度曲线,图中显示了计算的解(线)和解析解(星号)。
风力发电机叶片的树脂传递模塑
本例使用 两相流,水平集,Brinkman 方程接口模拟风力发电机叶片的树脂传递模塑过程,结果显示树脂注入 30 分钟后的速度场和树脂体积分数。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“地下水流模块”的用户提供了增强的裂隙建模功能,使用户可以灵活地自行指定相变定义,并添加了两个新的教学案例。请阅读以下内容,进一步了解这些更新及其他新增功能。
气候数据:ASHRAE 2021
用户可以从定义 > 共享属性 下的环境属性 节点定义温度、湿度、沉淀和太阳辐射等环境属性。除了可以添加用户定义的气象数据以外,您还可以参考“美国采暖、制冷与空调工程师学会”(ASHRAE) 提供的手册中的值,根据每月和每小时的平均测量值计算出环境变量。ASHRAE 2021 手册中的气象数据已集成到 COMSOL Multiphysics® 中,其中包含来自全球 8500 多个气象站的环境数据。您可以在现有的冰川流动教学案例中查看这一新功能的应用演示。
本例使用 ASHRAE 2021 中的数据对整个冰川的温度场(等值面)进行建模,以定义 热通量和 表面对环境辐射等外部边界条件。
裂隙的处理得到改进
在达西定律 和裂隙流 接口中,现在使用裂隙 节点的相特定属性来定义裂隙,其中包含一个描述流体(例如气体、液体或理想气体)的流体 子节点,以及一个说明裂隙属性(例如孔隙率或导水系数)的裂隙材料 子节点。在裂隙 设置中,您可以将流动描述为达西流(慢)或非达西流(快),其中还提供了新的线性储水 模型选项。在达西定律 接口中,您可以选择裂隙是否具有高传导性(如开放通道),或者是否可以用薄屏障来表示。
此外,裂隙 节点也已添加到裂隙中的稀物质传递 和多孔介质中的稀物质传递 接口中,并与多孔介质传递的其他裂隙节点一致。您可以在现有的地热回灌和裂缝性储层中的流动教学案例中查看这些新的功能改进。
模型开发器显示 达西定律接口中 裂隙特征的新设计,相应的设置显示了用于裂隙流建模的新选项。
用户定义的相变
在多孔介质传热 接口中,相变材料 子节点现在包含一个选项,可以引入用户定义的相变函数,从而使您能够使用来自测量数据的准确相变描述。您可以在新的半无限土柱的相变 - Lunardini 解和现有的冻土夹杂物教学案例中查看此特征的应用演示。
相变特征的设置,以通过用户定义的相变函数对冻土夹杂物的融化进行建模。
薄屏障多物理场耦合
多孔介质多相流 接口包含新的薄屏障 多物理场耦合,此特征为可选项,可以添加一个薄层作为所有相的流场的阻力,而无需沿该层的厚度方向进行网格划分。
新增用于多孔介质多相流的 薄屏障多物理场耦合功能。
新的预定义绘图
现在,用户可以在计算研究后添加由物理场接口预定义的绘图。从结果 部分的工具栏中打开新的添加预定义的绘图 窗口后,您可以从许多预定义的绘图中进行选择。可用的绘图以树状结构进行组织,可以很方便地在其中使用添加绘图 按钮选择要添加的绘图。您可以在现有的杀虫剂在土壤中的运移和反应教学案例中查看这一新特征的应用演示。
现在为非饱和多孔介质中的有效饱和度提供了新的预定义绘图。
新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“地下水流模块”引入了两个新的教学案例。
半无限土柱的相变 - Lunardini 解
一天、两天和三天后的温度曲线,图中显示了计算的解(线)和解析解(星号)。
地质构造中的二氧化碳储存
地质构造中的二氧化碳储存仿真。仿真结束时(50 年后),整个地层(左)和地层顶部(右)的二氧化碳饱和度。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“管道流模块”的用户引入了新的多物理场耦合以分析通过管壁的热交换、“零件库”中新的参数化几何形状,以及管力学分析增强功能。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。
管壁传热
新版本中添加一个可用于连接的新管壁传热 多物理场耦合:
使用传热 接口建模的域
使用管道传热 接口或非等温管道流 接口建模的边
现有的注塑模具冷却和辐射地板加热系统的地热回收模型演示了这一新特征:
冷却模具模型中的温度分布。
管几何形状库
新版本的零件库中添加了许多参数化的管几何形状:直管、弯头、异径管 和 T 型接头。例如,这些几何形状可用于通过流体流动 或结构力学 接口进行详细分析。这种三维模型可以通过管接头 或结构-管连接 多物理场耦合直接连接到管道流 接口或管力学 接口。
管系统中的速度分布。使用通过 管接头耦合与管相连的 流体流动接口对异径管进行建模。流体-域几何形状从零件库中获得。
管力学分析增强功能
新版本在管分析方面引入以下更新:
在管力学 接口中,您现在可以为弯管的柔度和应力指定校正因子。
现在,您可以输入一个缩小的壁厚来计算应力,例如用于分析腐蚀裕量。
两个弯管模型,分别显示应力(上)和位移大小(下)。
本例使用 固体力学和 管力学 接口模拟管在弯曲作用下的应力和变形,其中实体几何从零件库中获取。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“分子流模块”的用户提供了新的特征来识别反射对称平面以及应用扇区对称。请阅读以下内容,了解更新详细信息。
自由分子流的对称条件得到改进
自由分子流 接口中新增的对称 全局条件对以前版本中提供的平面对称 节点的功能进行了扩展。现在,您可以在二维中指定单个对称平面或两个正交平面;并在三维中指定一个、两个或三个对称平面,前提是所有平面都相互正交。
借助这一特征,您还可以在模型中应用扇区对称。这可以通过两种不同的方式来实现:在对称几何的单个扇区(或基本单元)的起始平面和结束平面中选择边界,或者当模型几何被假定为单个扇区的一半时,通过选择起始平面和反射平面来实现。
6 倍扇区对称的例子,通过 自由分子流接口进行建模。透明扇区不是模型几何图形的显式部分,而是通过扇区后处理获得。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“金属加工模块”的用户新增了用于钛合金建模的相变模型和接口,增强了钢相变建模功能,并添加了一个新的教学案例。请阅读以下内容,进一步了解“金属加工模块”的更新功能。
新增 α-β 相变接口
新的 α-β 相变 接口用于研究 α-β 钛合金(如 Ti-6Al-4V)的相变。将此接口添加到模型中时,会自动在“模型开发器”中创建多个与加热和冷却条件相关的金相 和相变 节点。此功能具有重要的应用;例如,可用于进行焊接仿真以及增材制造领域的仿真。
本例使用 α-β 相变物理场接口模拟由 α-β 钛合金制成的钛板的弧焊。
新增相变模型
此版本在相变 特征中添加了新的双曲率 相变模型,可用于分析 α-β 钛合金加热过程中 α 相的溶解情况等。
相变建模功能得到增强
您现在可以使用新的参数化 TTT 图 和参数化 TTT 图,固定指数 公式选项,进一步增强相变建模功能。通过这些新增功能,相变数据能够以时间-温度-转变 (TTT) 图曲线的形式输入,其中每条曲线都由三个时间-温度点和两个曲线形参数定义。参数化 TTT 图 选项位于相变 特征设置下,可用于 Leblond-Devaux、Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 和 Kirkaldy-Venugopalan 相变模型。参数化 TTT 图,固定指数 选项仅适用于 Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 相变模型。
用于 Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 相变模型的 参数化 TTT 图公式选项。
新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“金属加工模块”添加了一个新的教学案例。
钛板焊接
本例使用一个由 α-β 钛合金制成的钛板模拟弧焊,结果显示焊接过程中,双椭球热源周围的等温线。
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“传热模块”的用户新增了用于航天器热分析的建模工具,用于定义共享表面或表面对表面之间的连续性条件的多物理场耦合,以及全新的用于定义表面对表面辐射模型的工具。请阅读以下内容,进一步了解“传热模块”的各项更新。
航天器热分析
新的轨道热载荷 接口提供了预置特征用于模拟航天器上的辐射载荷,专用于绕地球运行的卫星受到的太阳和地球辐射。您可以使用此特征来包含航天器的辐射属性、轨道和方向、轨道机动和行星属性,经过计算并生成结果后,可以显示直接太阳辐射、反照率和行星红外通量,以及航天器不同部件之间的辐射传热。通过将此接口与传热接口结合使用,可以分析航天器固体部分的热传导情况。您可以在以下新模型中查看此特征的应用演示:
orbit_calculation
orbit_thermal_loads
spacecraft_thermal_analysis
卫星绕地球的运行轨道。轨道颜色表明卫星是否处于日食状态。航天器表面的颜色表示入射太阳辐射的大小。(地球图片来源:Visible Earth 和 NASA)
壳和域之间的热连接器
新的热连接 多物理场耦合用于定义两个温度场之间的连续性条件,分别由域传热接口和壳传热 接口进行计算。您可以在两个接口共享的边界,或者彼此相对的两个边界上设置此条件。连接器可用于通过边相互接触的壳、域界面共享的边界,或是域界面中面向其他边界的边界。这种多物理场耦合极大地简化了模型中域和壳接口之间的耦合。您可以在现有的叠片式散热器模型和以下新的教学案例中查看此特征的应用演示:
thermal_connection_by_edges
thermal_connection_by_facing_boundary
thermal_connection_by_sharedboundaries
电路板(域)和叠片式散热器(壳)的温度场,其连续性条件由 热连接器特征设置。
表面对表面辐射模型的验证工具
新版本提供了辅助定义表面对表面辐射模型的新工具。在模型设置过程中,现在将会把发射辐射方向显示在图形 窗口中,用不透明度控制 选项和灰色表面模型的符号表示。出现意外配置时,会显示警告符号。此外,在角系数计算过程中,可以选择进行验证以检测不一致的拓扑结构。这些工具可以大幅降低出现错误模型定义的风险,对于大型和复杂的几何构型尤其如此。您可以在新的表面对表面辐射的拓扑验证模型和以下现有模型中查看这些更新:
cavity_radiation
chip_cooling
heat_sink_surface_radiation
inline_induction_heater
light_bulb
parallel_plates_diffuse_specular_ray_shooting
parasol
potcore_inductor
thermal_annealing
tpv_cell
view_factor
petzval_lens_stop_analysis_with_surface_-_to_-_surface_radiation
模型几何图形,其中箭头表示发射辐射方向。感叹号(前面中间)表示未定义辐射方向的边界。
表面对表面辐射的功能改进
射线发射法已得到改进,现在即使采用粗化分辨率来计算角系数,也能检测到小表面。将该方法与分辨率自适应相结合,可以通过最佳射线数量来提高角系数精度。除此之外,对于所有角系数计算方法来说,用于定义变量和方程的表达式现在都已经过预处理,使其可读性得到了提高,并且在装配步骤中的计算速度也有所加快。以下模型演示了这些新的功能改进:
cavity_radiation
chip_cooling
heat_sink_surface_radiation
inline_induction_heater
light_bulb
parallel_plates_diffuse_specular_ray_shooting
parasol
potcore_inductor
thermal_annealing
tpv_cell
view_factor
petzval_lens_stop_analysis_with_surface_-_to_-_surface_radiation
模型中显示了海滩上的太阳热通量,其中有两个装有饮料罐的聚苯乙烯泡沫保温箱,并使用遮阳伞遮住其中一个保温箱,计算饮料罐随时间的温度变化。
注量率
在表面对表面辐射 接口中,现在可以添加注量率计算 节点,以选择必须计算注量率的域。注量率用于表示空间中的一个小物体所受到的辐射照射量(单位时间单位面积的辐射量)。比如,当您想要检查水净化反应器中的紫外线照射时,这个新特征非常有用。您可以在环形紫外反应器,透明水模型中查看这一新特征的功能演示。
充满准透明水的紫外反应器中的注量率。
气候数据:ASHRAE 2021
用户可以从定义 > 共享属性 下的环境属性 节点定义温度、湿度、沉淀和太阳辐射等环境属性。例如,除了可以添加用户定义的气象数据以外,您还可以参考“美国采暖、制冷与空调工程师学会”(ASHRAE) 提供的手册,计算每月和每小时的平均环境变量测量值。ASHRAE 2021 手册中的气象数据已集成到 COMSOL Multiphysics® 中,其中包含来自全球 8500 多个气象站的环境数据。
您可以在以下现有模型中查看这一新特征的应用演示:
condensation_electronic_device
isothermal_box
wood_wall_frame
英国格拉斯哥的一个气象站在一年中最热的日子里的最高温度(蓝色表示 2013 年;绿色表示 2021 年)显示,2013 年以后,测得的温度有所上升。数据来自 ASHRAE 天气数据。
黏性耗散的热壁函数得到增强
非等温流动 耦合的传热湍流 设置中新增了热壁函数 设置,可用于雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 湍流模型。其中包含两个选项:标准,适用于大多数配置;壁上的高黏性耗散,可以分析边界层中的黏性耗散。在分析快速的内部流动时,尤其是在狭窄路径或流体非常黏稠的情况下,这是获得准确结果的必要选项。新的零压力梯度二维平板模型强调了这一新特征的优势。
由靠近壁面的黏性耗散引起的温度分布(表面图)和速度方向(箭头)。绿色曲线表示边界层的极限 (99% U_inf),青色曲线表示 x = 0.97 m 和 x = 1.9 m 处的速度剖面。
用于相变材料的用户定义相变函数
相变材料 特征中提供了用户定义 的相变函数,可以更准确地描述材料属性。借助此选项,您可以使用来自测量或材料数据库的准确相变描述。您可以在新的半无限土柱的相变 - Lunardini 解模型和以下现有模型中查看此更新:
continuous_casting_apparent_heat_capacity
cooling_solidification_metal
frozen_inclusion
isothermal_box
phase_change
最初冻结的域被加热一段时间的温度曲线。
吸湿性多孔介质中水分输送的附加特征
为了简化模型定义,新版本中更新了水分流动 多物理场耦合,以便在 Brinkman 方程 接口计算的质量平衡中考虑水分输送 接口计算的蒸发率变量。此外,开放边界 和流入 边界条件现在可应用到与吸湿性多孔介质 处于活动状态的域相邻的外部边界。
新的教学案例
COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“传热模块”引入了多个新的教学案例。
轨道计算
一颗 1U 的立方体卫星在 400 km 高度的轨道和入射辐射,倾角为 50°,升交点经度为 0°。黑色的轨道轨迹表示日食。本例计算了来自所有环境源的总辐射和辐射载荷。
轨道热载荷
航天器轨道和入射辐射。地球表面的颜色表示反照率的大小。在轨卫星会承受太阳、反照率和行星红外 (IR) 载荷,其中反照率和行星红外会随纬度和经度发生变化。本例在多个轨道上计算卫星上的总辐射和通量。
航天器热分析
带有电子元件的卫星电路板的温度分布。本例在 轨道热载荷研究中预先计算直接太阳辐射、反照率和地球红外热负荷,然后在 轨道温度研究的多个轨道周期中重用这些数据。
板翅式换热器
板翅式换热器中的油流动和翅片温度。为了最大限度地提高传热效率,换热器由多孔铝基体制成,其中有热油流动。热量通过与多孔基体接触的铝翅片进行传导。这些翅片作为薄层进行建模,也就是说,它们的厚度没有绘制在几何图形中,但传热模型考虑了这一点。
零压力梯度二维平板
“零压力梯度二维平板”模型的温度分布(表面图)和速度方向(箭头),显示了湍流模型的特性以及边界层中的壁函数。
环形紫外反应器,光学透明水
充满准透明水的紫外反应器中的注量率,其中包含一个围绕圆柱形灯的环形流体区域。
热连接器教学案例
两个相似结构中温度场的比较图。底部结构在一个由不同的域组成的经典几何中计算,顶部结构作为域和壳的组合(使用 热连接器耦合连接)进行计算。
表面对表面辐射的拓扑验证
在用户界面上自动检测可疑的辐射方向定义。警告符号表示已识别出辐射设置不一致的边界。