COMSOL处理相变
COMSOL后处理与可视化综述
COMSOL后处理与可视化综述COMSOL⼿册丛书截点与计算COMSOL Multiphysics?后处理与可视化综述COMSOL Multiphysics 后处理与可视化综述COMSOL 、COMSOL Multiphysics 、Capture theConcept 、COMSOL Desktop 、LiveLink ，和 COMSOL Server 是 COMSOL AB 的注册商标或商标。
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COMSOL Multiphysics 网格剖分(2)-变形几何
自适应网格加密
稳态求解或特征值求解 网格细化次数
3 3 1 2
控制误差估计 的计算 控制网格细化 的方法
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案例1：泊松方程
创建2D模型
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COMSOL Multiphysics 网格剖分(2)
中仿科技 技术部 January 18, 2014
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内
容
自适应网格加密 • 网格细化 时间自适应
移动网格（ALE）和网格自动剖分
• 变形网格 变形几何（DG）
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• 通过直接指定网格变形的方程，该方程可以利用其他的变量，如结
构力学中的位移分量
• 不控制网格的位移，在结构力学接口或者包含有结构力学的多物理
场接口
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2. 变形网格
四大框架
拉格朗日方法：材料框架（X,Y,Z,t)
欧拉方法：空间框架（x,y,z,t）
即使使用了移动网格，有时候仍然避免不了网格的畸变和反转，这就
会造成求解的结果不可靠，甚至造成不收敛
避免网格畸变和反转的途径：
改小几何形参阶次
改变网格平滑类型 使用更好的网格剖分方法
重新剖分网格
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停止条件
• 变形几何：计算一个物体在不同 形状下的行为，材料不随形状一起 改变，材料总量不守恒，形状的改 变可看做材料的添加或移除 两个几何之间无任何关联 应用于几何优化计算 • 移动网格：处理固体在载荷下的 变形，或液体(气体)在边界改变时发 生的变形，固体变形时材料总量守恒 ，液气时可能不守恒。 几何随时间发生变化，前 后有因果关系
comsol_question解答
问：您好，能否讲解一下表面等离子体波的模拟实例？答：本次研讨会没有专门讲解SPP，推荐您学习案例库Plasmonic Wire Grating案例。
请关注我们的后续网络研讨会。
问：水平集方法仿真球形液滴（外围是空气）在重力场下的形变，液滴形变出现振荡现象，达不到稳定，这是为什么？答：两相流的分析，对网格要求较高，可以精细化网格。
另外在流体属性的水平集参数处，调节界面厚度控制参数。
问：comsol能对网格化后的单元赋值岩石力学参数吗答：可以设定空间表达式形式的参数。
问：如果狄式边界与纽曼边界同时存在的话，属于哪种类型的边界？¬狄式边界与纽曼边界差别挺大的啊，比如传质模块中，纽曼边界就变成了通量，而如果再引入边界条件的话，是否会有重复？答：请查阅教科书中关于常见的三类边界条件的定义。
问：请Plasmonic Wire Grating案例在哪里可以获得？答：软件自带的波动光学案例库。
问：为何引入弱形式，弱贡献？近似计算？答：对于一些复杂的，前沿的问题，一般很难用常规的方程描述，边界也可能不同于一般的第一第二类边界，这些就可以用弱形式解决。
事实上所有的有限元软件真正求解的就是弱形式方程。
建议您查阅教科书中弱解章节。
问：软件中有什么手段能查看电磁场与等离子体场是否成功耦合？答：使用comsol的一般流程是先计算一个物理场，再添加另一个物理场，所以你可以先计算等离子体，之后添加电磁场，对比两个结果是否有差异。
一般你使用熟练后很容易在COMSOL中看到耦合。
问：这个软件在非标行业用的不多啊？答：挺多。
问：您好，请问半导体模块和固体传热耦合之后，为什么计算会不收敛呢？答：和具体模型有关，可能是参数设置，也可能是网格精度等。
问：您好，我想请教一下，在comsol里面，各向异性粘弹性该怎么实现？可以用PDE方程+线弹性来实现吗？如果可以实现，又如何进行模块耦合呢？答：可以参考安全库中：oldroyd-b粘弹性流体模型。
comsol使用技巧
各位同道好，看了半个月的帮助文档，和大家分享下心得。
因专业所需，所以本文偏重传质及相关的设定，欢迎版主大神指点：1.基本求解类型∙稳态∙瞬态、时间离散、瞬态波动∙特征频率、特征值∙频域、频域波动（modal）通常，做化工的用稳态和瞬态求解较多。
声化学可能会涉及特征频率吧。
对于稳态求解，除了最常用的，comsol还提到一个连续化参数求解器：1参数必须为单增或单减的实数值；2参数可为方程、约束、表达式、物性参数，但不可为网格参数。
另外对于结构力学而言，有个load case，这个设置的妙处在于计算多个载荷或约束时不用反复装配总刚矩阵。
而初始化稳态求解器则适用于需要初始化的稳态两相流（level set function or 相场函数）以及所用的湍流、低k-e、传热。
对于瞬态求解，需要注意的是在times中设定的时间只是输出时间的间隔，而非实际计算的时间步长，而时间步的设定在后续求解器attribute中介绍；电沉积适合用初始化瞬态求解器，可加电流分布初始化，前提是变形尺寸小。
∙线性vs 非线性：若方程系数或者约束中含有要求解的变量则需选用非线性求解器，反之则选线性，但需要注意的是线性求解器也可用于小规模的使用单步牛顿法求解的非线性问题以及少量变量耦合的非线性问题∙关于总刚或雅克比矩阵：将控制方程线性化处理后，离散得到的线性方程组的系数矩阵。
不正确的雅克比矩阵会导致：1、线性稳态求解器和特征值求解器求出错解；2、非线性稳态和瞬态问题时间耗费增大甚至求不出解。
一般导致总刚出现问题的原因有：1、函数及其导数定义出错；2、Matlab 函数并没定义其导数而在comsol中调用时使用了其导数；3、nojac operator；4、解的形式不适于控制方程；（这个问题什么意思，没遇到过）5、在没有选择Allow complex number and use complex function with real input 选项的情况下使用了复数。
comsol案例
comsol案例COMSOL是一种基于有限元分析技术的软件，用于数值模拟和工程设计。
它被广泛应用于各个领域，如机械工程、电子学、化学工程等。
下面将介绍一个使用COMSOL进行热传导分析的案例。
在一个热传导案例中，我们想要分析一个导热材料的温度分布，以确定其在各个位置的温度变化情况，并找出可能存在的温度梯度。
这种分析可以用于优化材料选择、热设计和系统调试等方面。
首先，我们需要确定模型的几何形状、边界条件和材料参数。
在COMSOL中，我们可以通过创建几何实体，定义边界条件和设置材料属性来实现这一步骤。
例如，我们可以创建一个正方形的导热材料，并将其一个边界设置为恒定温度的热源，另一个边界设置为绝热条件。
然后，我们需要选择适当的物理场模型和求解方法。
在热传导分析中，我们可以选择传热模块，并使用稳态或非稳态热传导方程。
COMSOL提供了多种数值求解方法，如有限元法、有限差分法和边界元法等。
我们可以选择最适合我们问题的求解方法和网格划分策略。
接下来，我们需要设置求解器选项和初始条件。
COMSOL允许用户调整求解器参数，以获得更高的精度和更快的求解速度。
我们还可以设置温度的初始条件，这对于非稳态热传导问题尤为重要。
然后，我们可以进行计算并分析结果。
COMSOL提供了强大的后处理功能，可以用于可视化和分析模拟结果。
我们可以绘制温度分布图、温度剖面图，并计算温度梯度和导热通量等参数。
最后，我们可以根据分析结果来优化我们的设计。
例如，我们可以调整材料属性、改变几何形状或调整边界条件，以改善热传导性能或适应特定的设计要求。
综上所述，COMSOL提供了一种强大的工具，用于热传导分析和工程设计。
通过COMSOL的模拟和分析，工程师可以更好地理解热传导过程，并通过优化设计来改进性能和满足特定需求。
COMSOL软件在流体结构传热等多物理场耦合领域的应用
COMSOL软件在流体结构传热等多物理场耦合领域的应用COMSOL软件是一款强大的多物理场耦合仿真软件，广泛应用于流体、结构、传热等领域。
其灵活的模型构建和求解技术使其成为工程师和科学家解决复杂的多物理问题的首选工具。
以下将详细介绍COMSOL在流体、结构和传热领域的应用。
在流体领域，COMSOL可用于流体流动、传质、多相流和空气动力学等问题的建模和仿真。
例如，在流体流动领域，COMSOL可以用于模拟和分析各种流动情况，如湍流、边界层、旋转流动等。
通过使用不同的物理模型和边界条件，可以模拟各种复杂的流体行为，如湍流的涡街和流过物体的气流。
COMSOL还能够进行流体和结构耦合仿真，模拟流体对结构的影响，如振动和压力。
在结构领域，COMSOL可用于机械振动、固体力学和结构动力学等问题的建模和仿真。
例如，在机械振动分析中，COMSOL可以模拟机械系统的自由振动和强迫振动，并分析其频率响应和模态形状。
在固体力学领域，COMSOL可以用于模拟和分析各种材料的应力和应变分布，以及结构的变形和失稳行为。
COMSOL还可以进行结构和流体耦合仿真，模拟流体对结构的振动和压力的影响。
在传热领域，COMSOL可以用于模拟和分析各种传热问题，如热传导、对流传热、辐射传热和相变传热等。
例如，在热传导分析中，COMSOL可以用于模拟材料的温度分布和传热速率，以及热源对材料的影响。
在对流传热分析中，COMSOL可以模拟流体流动对传热的影响，例如冷却系统中的换热器和散热器。
COMSOL还可以模拟辐射传热，如太阳辐射和热辐射传热。
此外，COMSOL还可以进行传热和结构耦合仿真，模拟传热对结构的变形和失稳的影响。
除了以上介绍的领域，COMSOL还广泛应用于其他领域，如化学工程、电磁场、声学和生物医学等。
通过灵活的模型构建和求解技术，COMSOL可以与其他领域的模型进行耦合，实现多物理场的综合仿真。
总之，COMSOL软件在流体、结构、传热等多物理场耦合领域具有广泛的应用。
关于COMSOL使用技巧
COMSOL除了内建有强大的CAD工具之外，还提供了与其他CAD软件的接口，用户可以方便的直接导入其他CAD软件创建好的模型。
COMSOL的CAD导入功能除了能够正确识别其他CAD文件之外，更重要的是提供了一些修复的工具。就一般的CAD设计过程来说，零件在设计的后期往往会加入一些圆角、倒角之类的特征，另外零件上本身还有一些狭小的曲面，这些特征对于COMSOL仿真的物理结构并不重要，但是却会带来许多不必要的网格，COMSOL提供了CAD修复的功能来自动移除这些圆角、倒角、狭小曲面。
例如前面灯泡的例子，后处理显示的是三维结构外缘的温度分布，而我们关心的实际上是内部的温度分布，因此可以选择抑制某些边界。
一十四、复杂模型绘图
COMSOL的几何建模功能极其强大，其主要体现就在于工作平面的设定。与很多CAD软件类似，COMSOL在用户需要建立复杂三维几何模型时，推荐用户使用工作平面。COMSOL提供了灵活的建立工作平面的方式，用户可以在不同的工作平面上绘制二维的曲线和实体，然后再拉伸或者旋转成三维。用户可以反复选取工作平面，然后将不同的几何旋转或者拉伸到同一三维几何结构中，从而完成复杂模型的绘图。
当非线性较强时，可以将公差因子调小，这样做可以控制迭代时的步长，较小的步长受非线性的影响较小，可能会快速得到结果，但也有可能会产生较大迭代次数，增加计算量。
阻尼衰减参数等，可以根据实际情况进行调整，用户可以指定初始值、最小步长、以及最大步长。如果非线性很强，则应该将最小步长改小，反之可以将最大步长调大。
一十五、几何属性
COMSOL中可以随时查看几何对象的属性，比如如果选中一个三维实体，点击“几何属性”按钮，COMSOL就会在信息窗内给出体积、表面积等信息。选中某两个点，COMSOL就会给出两点之间的距离，以及经过这两点的边的长度等信息。
COMSOL工程应用系列手册-多物理场仿真在电子设备热管理中的应用说明书
COMSOL APPLICATION NOTES | 1COMSOL 工程应用系列手册多物理场仿真在电子设备热管理中的应用多物理场仿真在电子设备热管理中的应用目 录简介 3工程目标 4电子设备的热管理 4传热的应用领域 4传热机理 5数值仿真 6电子设计中的数值仿真 6传热建模的物理场接口 7单物理场接口 8多物理场接口 9扩展接口 10建模案例 10平板上方的非等温湍流 10圆管中的非等温层流 11一种热光型硅光子开关的优化 11平板热管的传热与流体动力学 12大型强子对撞机中的超导磁体 12植入式医疗设备的温度适应性 13仿真 App 案例 14使用仿真 App 进行传热与流体动力学教学 14使用仿真 App 模拟定制化电容器 15使用仿真 App 比较石墨箔传热性能 16结语 17参考文献 18更多资源 19© 版权所有 2019 COMSOL。
《多物理场仿真在电子设备热管理中的应用》由 COMSOL,公司及其关联公司发布。
COMSOL、COMSOL 徽标、COMSOL Multiphysics、COMSOL Desktop、COMSOL Server 和 LiveLink 均为 COMSOL AB 公司的注册商标。
所有其他商标均为其各自所有者的财产， COMSOL AB 公司及其子公司和产品与上述非 COMSOL 商标所有者无关，亦不由其担保、赞助或支持。
相关商标所有者的列表请参见 /trademarks。
2 | COMSOL 工程应用系列手册COMSOL 工程应用系列手册 | 3简介简 介通常，在设计电子设备时，需要充分考虑热管理因素。
随着设备性能的提升和市场竞争的加剧，为了实现可靠性更高、能耗和成本更低、安全性更强以及用户体验更好的设计目标，越来越多的研究人员开始使用数值仿真技术进行设计工作。
本手册介绍的仿真案例涉及多种系统，这些系统各不相同，但均有电流存在。
在这些案例以及大多数工程应用案例中，对系统中引起温度变化的传热机制和因素进行研究，可以帮助工程师更好地理解设计对产品性能产生的影响。
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案例2—初始浓度和温度
因为使用了变形几何，所以网格 框架分离出来了。但是为什么一 定用网格框架下的坐标？？
c_ice为冰/蒸气界面的初始浓度，其在蒸气域的初始浓度分布为c_init 根据表达式意味着在整个蒸气域中初始浓度分布是不均匀的，与离界 面的距离有关，Zg为网格框架的高度坐标。
初始温度的分布与初始浓度的分布类似。
只有密度是冰的密度，其他的材料参数都是冰和水两相的 等效值，其中热容还与潜热有关！
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案例1操作
选择流体中传热，但是根据PDE文档说 的是选择多孔介质中的传热。虽然对于 并案例来说选哪个都一样。
右端温度从T0到Thot 为了增加收敛性使用 平滑函数
另外，注意数据集的框架选取和 绘图组的框架选取：
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案例3-金属液滴凝固
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处理相变问题的方法总结
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案例2—模型设置
绝对压力设置为p，因为平均摩尔质量与 其有关，其值是变化的 பைடு நூலகம்加拉格朗日算子
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案例2—模型设置
变形几何的形函数选为 1阶，虽然精度有损失， 但是稳定性更好！
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案例2—绘制等势面图
根据上张PPT，左侧的为1800s 的结果，右侧为960s的结果。 在一个绘图组里面显示两个不 重叠的图，因为右侧的等势图是通 过移动得到的，所以其没有外面的 线框，可以通过加一个线图来得到 外侧线框
COMSOL处理相变
中仿科技 技术部 施翀 May 11, 2014
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案例1—Phase Change
案例背景介绍：模拟冰到水的相变过程 冰到水的相变过程，本来因为水与冰的密度不同，体积会发生变化。 但是本案例没有考虑密度的变化，密度一直都是冰的密度，否则需要使用 移动网格或两相流来模拟。 域方程：
水蒸气和冰界面处的质量通量：
Vs为界面的法向速度
根据界面处的能量守恒公式 与tin melting front案例一样
Qs为界面处的净热通量， 这里可用变量T_lm
还与与tin melting front案例一样，在相变 界面处温度平衡：
L就是潜热
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案例2—求解器设置
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案例2—绘制等势面图
选择levels的目的就是，等值 面只画出该levels的面，这里的Z0 就是最开始的“界面” 并且，因为现实的是网格框架 下的坐标Zg，所以该“界面”会随 时间移动
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案例2—几何
从几何上看是2D轴对称的，但是因为有条 件（边界条件或热源等）并不是2D轴对称 ，所以只能将3D几何画出来，可以取一半 来减少计算量。 因为本案例在真空设备底部有热通 量为：
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sign()为正负号函数，括号中的变量为负 数时，函数值为-1；变量为正数时，函 数值为1；变量为0时，函数值为0.
nZg：面法向与Z方向的夹角 V_s*sign(g)：因为底面受热不均匀 所以导致面上各点的位移速度不一样， 从而使得平面会发生变形，可能有些时 候该面的某些地方的法向有沿z负方向的 分量，这时这部分就会向下移动而出错。
案例2—理想气体假设
冰在真空容器的底部，其余空间为升华的水蒸气。最初，假设干燥 空气的分压为p0=20Pa，在这样的低压下，水蒸气可以被认为是理想气体 那么水蒸气分压为：
总的压力为：
所以潮湿空气的总密度为：
而不是Moist air！
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移动网格 VS 变形几何
使用移动网格，其实可以得到和使用变形几何非常相近的结果：
移 动 网 格 的 结 果
变 形 几 何 的 结 果
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移动网格 VS 变形几何
使用移动网格的时候，因为网格框架并没有分离出来，所以显然没有 变量Zg；而空间框架因为是固定的所以绘制等势面的时候使用变量z也 是不对的；正确的是使用变量Z，因为此时材料框架和空间框架不重叠
Freeze-drying或叫lyophilization(冻干法)是干燥处理热敏感物质如食物、 血浆(blood plasma)、抗生素(antibiotics)等的有效方法。 具体过程为：潮湿物质先被冷冻，然后冰(或其他冻结的溶剂)通过高真 空的方法被升华除去。 模型采用变形几何来模拟随着水蒸气-冰界面向上移动。 采用变形几何而不是移动网格原因是：？？
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案例1操作
对于同一个区域，添加了两种材料属性之后，冰的属性显然会被水 的属性覆盖掉。但是本案例不同，因为采用的是相变传热。
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案例2—冷冻干燥(Freeze Drying)
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一个绘图组中绘制两个不重叠的图
在一个绘图组里面显示两个图，可以利用到变形，来处理：
并且比例改成1 其实按照这样的 方法，理论上可 以在一个绘图组 里面放任意个图
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案例2—传热方程
在冰和水蒸气域都使用如下传热方程：
对于水蒸气的密度：
但是注意热容和导热系数都 需要指定，这与选择Moist Air不同！！
真空容器顶部加热热源：
模拟底部受热的不均匀！！
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案例2—质量守恒和界面设置
只有扩散影响：