COMSOL全局計(jì)算
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
COMSOL全局計(jì)算的實(shí)例教程
光學(xué)計(jì)算是替代當(dāng)前電子計(jì)算機(jī)的另一種可能形式。在這篇文章中，我們將探討光學(xué)計(jì)算的概念，并解釋了光學(xué)矩陣乘法網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。我們還討論了如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件及其附加產(chǎn)品——波動(dòng)光學(xué)模塊對(duì)光學(xué)計(jì)算設(shè)備進(jìn)行建模。結(jié)合這些產(chǎn)品的使用，展示了在模擬大型光學(xué)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用波束包絡(luò)法的優(yōu)勢(shì)。
光學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)介
摩爾定律
在過(guò)去的幾十年里，計(jì)算機(jī)的能力一直呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。這種增長(zhǎng)遵循摩爾定律，即集成電路中的晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环?jì)算機(jī)的成本將降低。這使得我們今天享有的大部分現(xiàn)代技術(shù)成為可能。例如，主流計(jì)算機(jī)芯片完全基于晶體管等電子元件，每塊芯片的晶體管數(shù)量幾乎每?jī)赡昃蜁?huì)翻一番。為了跟上這種增長(zhǎng)，并在可控的功率效率下提高計(jì)算機(jī)芯片的性能，芯片上的電子元件(包括晶體管)的小型化既關(guān)鍵又不可避免。盡管工程師們?cè)谶@方面做了出色的工作，將晶體管從厘米尺度縮小到納米尺度，但重要的是要認(rèn)識(shí)到，最終基本的限制將阻礙這類設(shè)備的發(fā)展。例如，當(dāng)一個(gè)電子元件的尺寸接近原子水平時(shí)，量子效應(yīng)將導(dǎo)致其功能不穩(wěn)定。科學(xué)和工程界長(zhǎng)期以來(lái)一直在考慮電子計(jì)算機(jī)的替代形式。最近引起廣泛關(guān)注的一種替代是光學(xué)計(jì)算——指用光(光子)而不是電流(電子)進(jìn)行計(jì)算。
雖然光學(xué)計(jì)算是一項(xiàng)新興技術(shù)，但光學(xué)在信息技術(shù)中的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間了，特別是利用光進(jìn)行信息傳輸。損耗極低的光纖可以以光速長(zhǎng)距離傳輸信息。光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備常用于數(shù)據(jù)中心甚至普通家庭。然而，在商業(yè)化方面，利用光進(jìn)行計(jì)算仍處于起步階段。
光學(xué)中的數(shù)學(xué)計(jì)算
眾所周知，某些光學(xué)過(guò)程對(duì)應(yīng)于數(shù)學(xué)計(jì)算。例如，考慮光的衍射。當(dāng)光通過(guò)衍射介質(zhì)時(shí)，本質(zhì)上是在進(jìn)行傅里葉變換積分。然而，光學(xué)系統(tǒng)是否可以像我們今天擁有的計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)行通用數(shù)學(xué)計(jì)算，可能還不是很清楚。目前，光學(xué)計(jì)算有許多不同的形式。
展開(kāi) 案例計(jì)算了二維圓周軸對(duì)稱電磁閥瞬態(tài)響應(yīng)及溫度場(chǎng)變化，使用動(dòng)網(wǎng)格，磁場(chǎng)，ge模塊實(shí)現(xiàn)，其中對(duì)于不規(guī)則極靴和銜鐵接觸區(qū)域的動(dòng)網(wǎng)格處理是模型的亮點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)的模型類似于Maxwell中電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。
電磁力和位移變化
線圈電壓與電流關(guān)系
為了求解由非磁性材料組成的電氣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與頻域電感矩陣和交流電阻，COMSOL Multiphysics? 軟件 6.0 版本對(duì) AC/DC 模塊的磁場(chǎng)，僅電流接口的功能進(jìn)行了擴(kuò)展。這對(duì)于分析印刷電路板和電源總線系統(tǒng)非常有用，因?yàn)榭梢?em>計(jì)算總電感和部分電感。然而，我們需要理解部分電感的概念才能正確解釋和使用這個(gè)功能。接下來(lái)，讓我們來(lái)了解更多詳細(xì)內(nèi)容！
定義和計(jì)算總電感和部分電感
為了理解總電感和部分電感，我們假設(shè)一個(gè)正方形線圈模型，如下圖所示。當(dāng)電流沿著這個(gè)閉合回路流動(dòng)時(shí)，周圍空間會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們可以通過(guò)求解總電感 和流過(guò)線圈的電流 I，由公式 定義和計(jì)算總電感 （通常簡(jiǎn)稱為“電感”）。這個(gè)直徑 1mm 電線的方形環(huán)路，邊長(zhǎng)為 2cm，總電感為 50.6nH。
位于球形自由空間域內(nèi)的通過(guò)無(wú)限元域 截?cái)嗟恼叫慰招揪€圈，可以由理論公式計(jì)算出總電感。
該模型使用了由 無(wú)限元域 截?cái)嗟那蛐斡颍w建模方法與 COMSOL 案例庫(kù)中的亥姆霍茲線圈案例非常相似，其中同時(shí)使用了 磁場(chǎng)，僅電流 接口和磁場(chǎng) 接口進(jìn)行計(jì)算，并證明了這些公式給出的結(jié)果相同。
盡管 磁場(chǎng)、僅電流 和 磁場(chǎng) 接口都可以使用，但這兩個(gè)公式之間存在許多差異。現(xiàn)在，我們只關(guān)注使用 注磁場(chǎng)，僅電流接口需要滿足的三個(gè)要求：
不存在導(dǎo)磁材料，例如電感器磁芯。
所有導(dǎo)體采用實(shí)體建模。
不僅可以計(jì)算總電感，還可以計(jì)算部分電感。
很顯然，本示例中的圓線環(huán)形線圈模型滿足前兩個(gè)要求，因此我們現(xiàn)在只需要關(guān)注第三點(diǎn)：部分電感的計(jì)算。
雖然總電感的概念需要一個(gè)完整的電流環(huán)路才能定義，但部分電感的思想是將整個(gè)環(huán)路細(xì)分為多個(gè)部分，每個(gè)部分都貢獻(xiàn)了各自部分的自感和互感。這些貢獻(xiàn)疊加后產(chǎn)生整個(gè)環(huán)路的總電感。
展開(kāi) 采用了非等溫管道流、多孔介質(zhì)傳熱、固體力學(xué)模塊，采用形成裝配體接觸對(duì)，計(jì)算瞬態(tài)的時(shí)候會(huì)這樣報(bào)錯(cuò)。請(qǐng)問(wèn)有了解這個(gè)是什么原因的嗎
COMSOL全局計(jì)算的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
COMSOL全局計(jì)算的最新內(nèi)容
多級(jí)散射是量化分析共振模式的一個(gè)常用手段，通過(guò)計(jì)算不同偶極子散射的能量可以很好地研究微納結(jié)構(gòu)的輻射特性，例如Anapole由于ED和TD模式干涉相消表現(xiàn)為非輻射模式，TD環(huán)偶極子通常表現(xiàn)出高Q特性等等。通過(guò)復(fù)現(xiàn)一篇題為“Symmetric metasurface with dual band polarization-independent high-Q resonances governed by
在光學(xué)這一充滿魅力的物理研究領(lǐng)域中，光束偏移現(xiàn)象一直是一個(gè)引人關(guān)注且蘊(yùn)含豐富物理機(jī)制的研究方向。其中，古斯 - 漢森位移（Goos - H?nchen shift）作為光束在界面反射或折射時(shí)產(chǎn)生的一種橫向偏移現(xiàn)象，具有重要的理論研究?jī)r(jià)值和潛在的應(yīng)用前景。
從經(jīng)典的電磁理論角度出發(fā)，當(dāng)光在介質(zhì)界面處發(fā)生全反射時(shí)，依據(jù)菲涅耳公式可以對(duì)光的反射和折射行為進(jìn)行初步的描述。然而，古斯 - 漢森位移揭示了光在這種看似簡(jiǎn)單的反射過(guò)程中
連續(xù)體中的束縛態(tài)(BIC)由于其非輻射的特點(diǎn)已被證明是相關(guān)的在動(dòng)量空間中具有拓?fù)潆姾珊蜏u旋極化奇點(diǎn)。對(duì)于常規(guī)對(duì)稱的光子晶體板中，BIC被線極化遠(yuǎn)場(chǎng)所包圍，不利于高容量和多功能集成光學(xué)應(yīng)用。動(dòng)量空間中如何調(diào)控其周圍極化偏振是一個(gè)有趣的問(wèn)題。
利用COMSOL來(lái)復(fù)現(xiàn)一篇國(guó)產(chǎn)小子刊，題為“Arbitrarily polarized bound states in the continuum with
COMSOL Multiphysics 支持加速計(jì)算。本指南提供了安裝和配置使用此功能所需的軟件的快速設(shè)置說(shuō)明。?
在 COMSOL Multiphysics 中，GPU 加速可以顯著提高使用間斷伽遼金 （dG） 方法的瞬態(tài)仿真的性能，例如使用壓力聲學(xué)，時(shí)域顯式 接口的仿真，以及用于訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （DNN） 代理模型的性能。此功能適用于 Windows 和 Linux作系統(tǒng)，需要兼容的 NVIDIA
在鋰離子電池研究中，利用COMSOL進(jìn)行多孔顆粒夾雜電流計(jì)算模擬多孔顆粒中的電流分布情況，可以深入了解材料內(nèi)部的電傳輸機(jī)制。這對(duì)于設(shè)計(jì)高性能電池、超級(jí)電容器等能量存儲(chǔ)設(shè)備至關(guān)重要。本案例中建立球形多孔結(jié)構(gòu)（或顆粒夾雜）模型，并通過(guò)COMSOL研究在包含非導(dǎo)電顆粒夾雜的電解質(zhì)中電流分布情況。
多孔/顆粒夾雜結(jié)構(gòu)采用CAD球體密堆積3D插件
點(diǎn)擊藍(lán)字，關(guān)注我們
Comsol基于場(chǎng)路耦合的三相電力變壓器電磁場(chǎng)計(jì)算
關(guān)鍵詞：電力變壓器；電磁性能；場(chǎng)路耦合；有限元；數(shù)值計(jì)算
1. 基于有限元法三維場(chǎng)路耦合數(shù)學(xué)模型
1.1 基礎(chǔ)理論
電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)是麥克斯韋方程組，它適用于所有宏觀電磁現(xiàn)象的描述，是工程電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。麥克斯韋方程組一共包含四個(gè)方程，如下方程所示，分別描述了安培定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、高斯電通定律和高斯磁通定律
Comsol金屬氧化物避雷器（MOA）電-熱耦合計(jì)算
關(guān)鍵詞：電磁避雷器；電-熱耦合；有限元；數(shù)值計(jì)算
1 避雷器電-熱特性研究
1.1 避雷器
避雷器：用于保護(hù)電氣設(shè)備免受雷擊時(shí)高瞬態(tài)過(guò)電壓危害，并限制續(xù)流時(shí)間，也常限制續(xù)流幅值的一種電器。避雷器有時(shí)也稱為過(guò)電壓保護(hù)器，過(guò)電壓限制器。如圖1所示就是避雷器實(shí)物圖。
圖1. 避雷器
避雷器連接在線纜和大地之間，通常與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)
點(diǎn)擊藍(lán)字，關(guān)注我們
Comsol開(kāi)關(guān)柜溫度-濕度-流場(chǎng)耦合計(jì)算
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜；熱濕耦合；流固耦合；有限元；數(shù)值計(jì)算
1. 開(kāi)關(guān)柜溫度-濕度-流場(chǎng)特性研究
1.1 開(kāi)關(guān)柜
開(kāi)關(guān)柜是一種電氣設(shè)備，開(kāi)關(guān)柜外線先進(jìn)入柜內(nèi)主控開(kāi)關(guān)，然后進(jìn)入分控開(kāi)關(guān)，各分路按其需要設(shè)置。如儀表，自控，電動(dòng)機(jī)磁力開(kāi)關(guān)，各種交流接觸器等，有的還設(shè)高壓室與低壓室開(kāi)關(guān)柜，設(shè)有高壓母線，如發(fā)電廠等，有的還設(shè)有為保主要設(shè)備的低周減載
案例計(jì)算了二維圓周軸對(duì)稱電磁閥瞬態(tài)響應(yīng)及溫度場(chǎng)變化，使用動(dòng)網(wǎng)格，磁場(chǎng)，ge模塊實(shí)現(xiàn)，其中對(duì)于不規(guī)則極靴和銜鐵接觸區(qū)域的動(dòng)網(wǎng)格處理是模型的亮點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)的模型類似于Maxwell中電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。
電磁力和位移變化
線圈電壓與電流關(guān)系
