COMSOL傳熱模塊
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-04-12
COMSOL傳熱模塊的視頻教程
COMSOL傳熱模塊的實(shí)例教程
本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立多邊形骨料堆積混凝土細(xì)觀模型，并對水化熱產(chǎn)生后的傳熱及溫度變化進(jìn)行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細(xì)觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內(nèi)置動力學(xué)算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內(nèi)建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內(nèi)選擇固體傳熱模塊，添加瞬態(tài)研究，并導(dǎo)入骨料密堆積模型。
對混凝土細(xì)觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設(shè)置密度、導(dǎo)熱系數(shù)、恒壓熱容等與傳熱相關(guān)的材料參數(shù)。
在固體傳熱中設(shè)置初始值，由于水化熱由水泥漿體產(chǎn)生，因此初始溫度設(shè)置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設(shè)置為熱絕緣，上部邊界設(shè)置環(huán)境溫度并設(shè)置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網(wǎng)格，單元大小極細(xì)化。
計算查看傳熱仿真結(jié)果。2min內(nèi)溫度變化情況。
20min內(nèi)溫度變化情況。
展開 物理模型及邊界條件設(shè)置
本模型主要采用COMSOL 6.0軟件中的層流、流體傳熱以及非等溫流動多物理場模塊，其中流體傳熱添加了相變材料。詳細(xì)的物理模型及邊界條件設(shè)置如圖2所示。
圖2 詳細(xì)的物理場選擇及邊界條件設(shè)置
4. 結(jié)果展示
圖3 熱管流體的流速云圖
圖4 模型區(qū)域的溫度分布
圖5 模型相體積分布
圖6 相體積動態(tài)變化
圖7 相變指示器
備注：本計算模型求解過程中，最終78%左右的相變材料發(fā)生相變。z
下載地址：COMSOL與MATLAB連接步驟
多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬涉及對多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的熱量傳遞過程進(jìn)行建模和分析，這類模擬對于優(yōu)化材料設(shè)計、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件隨機(jī)生成png格式的圖片。
通過CAD圖像導(dǎo)入插件將模型導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)建立多孔結(jié)構(gòu)草圖，并另存為dxf格式文件。
將多孔結(jié)構(gòu)草圖模型導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，建立孔隙部件。
在COMSOL內(nèi)新建與原模型尺寸一致的矩形，并通過布爾操作和分割中的差集建立多孔結(jié)構(gòu)部件。
再次導(dǎo)入原孔隙模型，并構(gòu)建聯(lián)合體。將孔隙部分材料屬性設(shè)置為空氣，完成多孔結(jié)構(gòu)兩相材料模型構(gòu)建。
添加固體傳熱瞬態(tài)研究，模型左側(cè)設(shè)置熱源，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
進(jìn)行計算查看多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬結(jié)果
展開 COMSOLMultiphysics可以求解多場問題，完全開放的架構(gòu)，任意獨(dú)立函數(shù)控制的求解參數(shù)，專業(yè)的計算模型庫，全面的第三方CAD導(dǎo)入功能，強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力，大規(guī)模計算能力，豐富的后處理功能，專業(yè)的在線幫助文檔，多國語言操作界面，因此被應(yīng)用于各個相關(guān)科研和產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，經(jīng)多所高校單位科研人員反映，在仿真模擬時遇到諸多問題，流體傳熱模塊資料稀缺，交流答疑平臺問題得不到解答comsol流體傳熱和多物理場仿真的培訓(xùn)需求已經(jīng)迫在眉睫，應(yīng)廣大comsol使用者要求，本單位特此舉辦 “COMSOL Multiphysics多物理場耦合流體傳熱”專題線上培訓(xùn)班
comsol流體傳熱培訓(xùn)正式培訓(xùn)文件.pdf
展開 利用 COMSOL Multiphysics? 分析烈火阿拉斯加中的傳熱現(xiàn)象
在建立烈火阿拉斯加模型的幾何結(jié)構(gòu)時，我們采用半球體來表示甜品中常見的圓頂。阿拉斯加模型的幾何結(jié)構(gòu)包含底部的海綿蛋糕層、圓頂狀冰淇淋以及覆蓋在冰淇淋上的一層蛋白糖霜。我們將蛋白糖霜層的厚度添加為一個參數(shù)，以便靈活調(diào)整。糖霜的初始厚度設(shè)置為 2cm。
同理，將烤箱溫度添加為一個參數(shù)，初始值設(shè)置為 250°C。有些食譜要求烤箱溫度約 220°C，烹飪時間 8~10 分鐘。有些食譜則建議使用 250°C 左右的更高溫度，僅需在烤箱內(nèi)加熱幾分鐘。我們將通過仿真來證實(shí)這兩種情況是否能烘焙出期望中的甜點(diǎn)。
我們使用 COMSOL Multiphysics 的固體傳熱接口建立了一個瞬態(tài)傳熱仿真。然后，需要提供冰淇淋、蛋白糖霜和海綿蛋糕的密度、熱導(dǎo)率和熱容量作為仿真輸入。我們使用 Vega 等人編著的書籍：《把廚房當(dāng)作實(shí)驗(yàn)室：對食物和烹飪科學(xué)的思考》（The Kitchen as Laboratory: Reflections on the Science of Food and Cooking）中的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。
將材料屬性添加到三個材料節(jié)點(diǎn)中，并指定給幾何結(jié)構(gòu)中的冰淇淋、蛋白糖霜和海綿蛋糕等不同的域。數(shù)據(jù)顯示，蛋白糖霜和海綿蛋糕的導(dǎo)熱性能都很差，這意味著二者為覆蓋在底層的冰淇淋提供了充分的熱絕緣。
為了模擬傳熱，固體傳熱接口使用了三種材料屬性。
將冰淇淋的初始溫度設(shè)為 -18°C（冰箱的典型溫度），蛋白糖霜設(shè)為 8°C（冰箱內(nèi)儲存雞蛋的典型溫度），海綿蛋糕設(shè)為 20°C（室溫）。
對于邊界條件，采用一個傳熱系數(shù)很大的熱通量來表示烤箱內(nèi)影響烈火阿拉斯加溫度的對流熱通量。
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COMSOL傳熱模塊的最新內(nèi)容
設(shè)置了一個傳熱模型，10*10的MicroLED被PI 包裹，整個貼在皮膚上，看皮膚的溫度情況。明明給四個LED設(shè)置了熱源，Q0=5.142857e9 W/m3, 但計算出來的結(jié)果看起來LED是隨機(jī)變熱變冷。為什么會這樣呢
在COMSOL內(nèi)選擇固體傳熱模塊，添加瞬態(tài)研究，并導(dǎo)入骨料密堆積模型。
對混凝土細(xì)觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設(shè)置密度、導(dǎo)熱系數(shù)、恒壓熱容等與傳熱相關(guān)的材料參數(shù)。
在固體傳熱中設(shè)置初始值，由于水化熱由水泥漿體產(chǎn)生，因此初始溫度設(shè)置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。
多孔介質(zhì)中的自然對流和傳熱研究在地?zé)嵯到y(tǒng)、隔熱材料、食品加工以及化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計等領(lǐng)域具有重要意義。本文介紹了一種基于COMSOL Multiphysics軟件建立多孔介質(zhì)幾何模型并模擬其內(nèi)部自然對流與傳熱過程的方法。
采用CAD Voronoi V2.1插件生成多孔介質(zhì)幾何結(jié)構(gòu)，并在AutoCAD中僅保留含曲邊孔隙圖層的內(nèi)容后導(dǎo)出為dxf格式文件
多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬涉及對多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的熱量傳遞過程進(jìn)行建模和分析，這類模擬對于優(yōu)化材料設(shè)計、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件隨機(jī)生成png格式的圖片
基于comsol的帶狀溫差發(fā)電模塊
研究內(nèi)容：
傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實(shí)際應(yīng)用中造成了主要障礙。我們提出了一種基于超表面的完美吸收體，能夠在極低頻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面氣室組成。基于完全耦合的聲學(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。
研究背景：
由于傳統(tǒng)材料的能量耗散較弱，低頻吸聲一直是研究人員面臨的一個具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來，聲學(xué)超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經(jīng)設(shè)計了一系列亞波長厚度的超材料，以實(shí)現(xiàn)對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數(shù)量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機(jī)械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學(xué)超材料
烈火阿拉斯加（baked Alaska）是一道能讓晚宴上的賓客嘖嘖稱奇的甜品。這款經(jīng)典的待客甜品的底層為海綿蛋糕，蛋糕表面鋪滿冰淇淋，上面覆蓋蛋白糖霜。為了使甜品表面的蛋白糖霜焦糖化，需要將它放入烤箱中烘烤，但保持內(nèi)部冰淇淋為凍結(jié)狀態(tài)。本文我們將利用 COMSOL Multiphysics? 軟件的傳熱仿真功能，揭開制作烈火阿拉斯加蛋糕冰激淋的奧秘。
烈火阿拉斯加：甜品中的冰與火之歌
盡管如此，但其實(shí) COMSOL 的傳熱模塊和 CFD 模塊也可以模擬更復(fù)雜的情況，接下來讓我們看看。
使用對流換熱關(guān)聯(lián)式
對流換熱關(guān)聯(lián)式 是為常見的幾何結(jié)構(gòu)建立的一個經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。當(dāng)使用傳熱模塊或CFD模塊時，這些相關(guān)性由熱通量邊界條件提供，如下圖所示。
使用外部自然對流關(guān)聯(lián)式的垂直壁熱通量邊界條件。
