多場耦合算法中的強耦合與弱耦合
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多場耦合問題,建立多場之間控制方程和邊界條件后,需要進行
多場耦合計算,
多場耦合按其求解算法可分兩種:強耦合與弱耦合。(也可以稱之為直接耦合與順序耦合)。強耦合一般是指場與場之間相互作用很強,需要同時求解所推導的多場控制方程組的多個方程,強耦合能夠獲得準確的各場待求變量。而弱耦合解法則是在每個增量步內交替求解單個場的控制方程,即先算一個場,后算另一個場,也就是在單個增量步并未考慮
多場耦合作用,從而大大加快計算速度,這種算法相當于在增量步內解耦。
優缺點: 強耦合解法精度高,計算成本大。
弱耦合解法計算效率高,計算精度差。
弱耦合的局限性: 特別是在一個場變量對另一個場影響較大的情況下,比如一個場變化會導致另一個場的變量劇烈變化,在這種情況下可能引起求解的穩定性問題,因為在這種情況下,應該在每步迭代中需要考慮一個場的改變對另一個場的影響,然而在每個增量步內交替計算單個場的時候,是無法考慮這種場與場之間的影響的 。
comsol里面內置了很多模塊,將這些應用模塊聯系起來,可以很容易地耦合各個模塊建立自己想要的多物理場方程,通過不同模塊,選擇方程聯立方程組。然后系統對方程組離散為一個總剛,收集各個場的貢獻,然后對系統離散后的方程組求解,得到各個物理場的待求變量。; Z) q( {. [- s7 ^7 V% o& `
需要指出的是,comsol對每個場或者每個模塊,都存在有限元描述,但這個描述只是象征性的,實際求解的時候并不是用的單個場的有限元描述,而是收集多個場貢獻后,形成總剛而求解。
優缺點: 強耦合解法精度高,計算成本大。
弱耦合解法計算效率高,計算精度差。
弱耦合的局限性: 特別是在一個場變量對另一個場影響較大的情況下,比如一個場變化會導致另一個場的變量劇烈變化,在這種情況下可能引起求解的穩定性問題,因為在這種情況下,應該在每步迭代中需要考慮一個場的改變對另一個場的影響,然而在每個增量步內交替計算單個場的時候,是無法考慮這種場與場之間的影響的 。
comsol里面內置了很多模塊,將這些應用模塊聯系起來,可以很容易地耦合各個模塊建立自己想要的多物理場方程,通過不同模塊,選擇方程聯立方程組。然后系統對方程組離散為一個總剛,收集各個場的貢獻,然后對系統離散后的方程組求解,得到各個物理場的待求變量。; Z) q( {. [- s7 ^7 V% o& `
需要指出的是,comsol對每個場或者每個模塊,都存在有限元描述,但這個描述只是象征性的,實際求解的時候并不是用的單個場的有限元描述,而是收集多個場貢獻后,形成總剛而求解。
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