传热模块
传热模块
固体传热和流体传热的通用模拟软件
换热器热管壳体侧的温度曲线。
热的产生、消耗和传递
传热模块可以帮助您研究加热和冷却对设备、组件或过程的影响。模块为您提供了多种仿真工具来研究传热机理，包括传导、对流和辐射，传热分析常常与其他物理场耦合，例如结构力学、流体力学、电磁学和化学反应等。因此，在所有重点研究热量或能量的产生、消耗或传递，或者这些能量的变化将给研究过程带来显著影响的行业和应用中，都可以利用传热模块这一平台开展工作。
材料和热力学数据
传热模块附带了一个内部材料数据库，包含许多常见液体和气体的材料属性数据，其中包括精确分析所需的热力学数据，例如热导率、热容量和密度。材料库是材料属性的一个重要来源，具有超过 2,500 种固体材料的数据或代数关系，其中的许多属性（例如杨氏模量和电导率）是温度的函数。传热模块还支持从 Excel® 和 MATLAB® 导入热力学及其他材料数据，并且可以通过 CAPE-OPEN 标准接口连接外部热力学数据库。
更多图片：
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共轭传热：计算机电源箱体中的风扇和穿孔格栅产生气流，进行内部散热。 -
热接触：电流在接触开关中产生焦耳热。接触点处的热阻和电阻与接触面的机械接触压力进行了耦合。
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感应加热：通过感应加热在加工半导体的热壁炉内产生高温。考虑了基体板和炉壁之间的表面对表面辐射，以及传导和对流。
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辐射：由于温差产生的密度变化而引起氩气自然对流。温差是在热辐射与传热（热传导和热对流）的共同作用下产生的。
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相态变化：冰杆的一端温度为冰点，另一端为 80 oC。该图给出了一段时间内的温度曲线，考虑了潜热以及固体和材料属性之间的差异，例如热导率和热容。
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薄层：加热电路的仿真，包含直流电产生的焦耳热、传热以及实心玻璃板上薄电阻层的结构力学分析。
统一的建模流程
传热模块是加工过程和产品设计中热效应的专用模拟工具。对于行业应用中的传热和所有其他物理现象，COMSOL 均采用统一的方法来设置模型和操作仿真。因而，您能够通过一个标准工具与其他工程师或工程部门进行沟通研究不同的现象。无论您或您的同事们研究的是哪种特定应用的物理场，建模流程都是统一而简洁的，步骤如下：
- 导入或绘制设备或系统的几何结构
- 定义常量或随温度变化的材料属性与表达式
- 从一系列特定应用模式中选择最合适的传热模型接口（这些接口可能与系统的其他物理场相耦合）
- 添加与传热相耦合的任何其他物理场
- 定义系统边界条件和约束
- 网格剖分，不同仿真模型之间使用相同网格或其派生网格
- 使用适当的求解器和设置运行求解
- 结果处理与可视化，并且可以将不同模型的结果呈现在同一图片上
加工过程和产品设计的热效应仿真平台
无论您研究哪种物理现象， COMSOL Multiphysics 平台和丰富的专业模块为您提供了用于所有过程和设计的统一仿真工具。首先，您可以建立系统设备的焦耳热模型，之后建立模拟传送空气的系统散热模型，接下来建立设备的热应力模型。或一次性对所有现象进行模拟。
传热通常是一种与其他物理过程一起考虑的重要现象。温度场会导致热应力，而电磁场会产生电阻、感应、微波等现象。流体流动对于不同组件上的散热非常重要，而热处理（例如铸造或焊接）时的温度变化会对材料属性及其物理行为会产生非常大的影响。传热模块包含多种用户接口，可简便地模拟任意的耦合传热现象，并可以耦合到 COMSOL® 产品库中的任何其他模块。
传热机理
传热模块最重要的功能在于它能够实现与热量守恒或能量平衡相关的计算，同时可以考虑机械损耗、潜热、焦耳热或反应热等一系列现象。传热模块提供了现成可用的接口（称为物理场接口），可被配置用于通过图形用户界面（GUI）接收模型输入，并将其用于设定能量平衡方程。与 COMSOL 软件产品库内的所有物理场接口一样，您可以通过修改底层方程来灵活地修改传输机理、定义特定热源或耦合其他物理场等。
热传导
传热模块可以帮助您研究加热和冷却对设备、组件或过程的影响。软件为您提供了多种仿真工具来研究传热机理，包括传导、对流和辐射，传热分析常常与其他物理场耦合，例如结构力学、流体力学、电磁学和化学反应等。因此，在所有重点研究热量或能量的产生、消耗或传递，或这些能量的变化将给研究过程带来显著影响的行业和应用中，都可以利用传热模块这一平台开展工作。
辐射
传热模块支持许多现象的辐射模拟，包含了专用的求解器来模拟辐射现象，耦合热对流和热传导。传热模块提供了用于模拟透明、不透明和参与介质中的表面对环境辐射、环境对表面辐射和表面对表面辐射的工具。
传热模块使用辐射度方法来模拟表面对表面辐射，考虑随波长变化的表面属性，在此您可以在同一模型中同时最多考虑五个光谱波段。适用于模拟太阳辐射，其中短波长（太阳光谱波段）的表面吸收率可能不同于较长波长（环境光谱波段）的表面发射率。此外，还可为每个光谱波段定义透明度属性。传热模块还可以模拟参与介质中的辐射传热，这将考虑这种介质中热辐射的吸收、发射和散射。
热对流
系统中存在流动过程时，总是会通过压力功和粘性效应在传热过程和能量作用中引入对流传热。传热模块可以方便地模拟这些过程，并可同时考虑强制对流和自由（自然）对流。它包含一个用于共轭传热的特定物理接口，可在同一系统中对固体和流体材料进行模拟。为了考虑流体流动，传热模块内置了层流模型物理接口，以及高雷诺数和低雷诺数 k-ε 湍流模型物理接口。对于任意流体类型，由于温差而产生的自然浮力效应可以通过非等温流模型来描述。将传热模型与 CFD 模块组合可以进一步仿真流体流动，包括多种湍流模型、多孔介质流和两相流。
此外，传热模块还提供了一些用于简化流体模型的功能，当模拟流体动力学全模型并不能提供更多的精度，或其计算量特别巨大时，可以使用这些功能进行简化。这些功能通过一个内置的传热系数库提供，用于仿真在系统周围和模型边界之间的强制或自然对流传热。该模块还包含不同的几何相互关系，例如烟道或平板（垂直、倾斜或水平），以及不同的外部流体（空气、水和油）。
多孔介质传热
虽然自由介质中层流或湍流传热的应用是相当广泛的，但传热模块也提供了功能强大的用于模拟多孔介质传热的接口，同时考虑多孔基体固相和开孔相中的传导和对流。您可以选择不同的平均模型来定义等效传热属性，这些等效属性将基于固体和流体材料的相应属性自动计算。此外，您还可以利用预定义功能模拟在多孔介质曲折孔隙中流体流动产生的热耗散。
生物传热
传热模块包含生物传热方程物理场接口。对于人体组织和其他生物系统中的热效应，无论是通过微波加热、电阻加热、化学反应加热还是辐射加热，生物传热方程接口都是的完美模拟工具。正如 COMSOL 仿真环境中的通常情形，您可以轻松地将温度变化反馈到其他物理场的材料属性，例如强耦合多物理场仿真中的电气材料属性。生物传热可以与一系列的相变现象相结合，包括组织坏死等。
相变
相变是传热分析中的一种扰动属性。相变会引起难以预测的转变，即相态之间的瞬态几何相界面，或者材料属性（例如传导率、热容或流动行为）的突然变化，在材料的固相、液相和气相之间这些属性的差异可能达到几个数量级。相态变化还会引起潜热，在许多热平衡过程中潜热一般占主导地位。通过一系列不同的功能和用户接口，COMSOL Multiphysics 和传热模块能够考虑这些扰动，包括使用移动网格来模拟体积变化。此外，还支持通过自动定义热力学属性来考虑材料属性的突变，同时仍然可以通过控制相态的渐变来确保连续性。
接触热阻
当两个固体相互连接在一起时，热阻通常是彼此压迫状况和各自表面粗糙度的函数。粗糙表面之间会产生抑制传热的小间隙，而将它们压在一起可以减小这些间隙的大小。传热模块提供了一些物理接口来仿真随施加应力和间隙特定热导率而变化的接触热导系数，并且还考虑小间隙分隔面之间的表面对表面辐射作用。将传热模型与结构力学模块组合，可以实现在热接触和机械接触（包括热膨胀）之间直接耦合的功能。
薄层和薄壳
您的仪器设备或生产过程中经常会含有几何尺寸远小于系统其余部分的材料或区域。例如 PCB 上的薄铜层，压力容器的器壁，或者绝缘薄层。传热模块提供了特定的模拟工具来仿真这些情形并可节省计算资源。如果薄层或薄壳切线方向的传热梯度很显著，且厚度方向的温度梯度不明显，则可以使用高导热层，避免在薄层或薄壳的宽度方向上进行网格剖分。可以将薄层或薄壳的求解结果与所连接的三维实体耦合。可以是两个较大的域之间、域和其周围环境之间的薄壁，或者是嵌入另一个固体表面的薄层。通过类似的方式，薄热阻层的物理接口提供了一种描述热导性很差的材料的简便方法。
热电效应多物理场节点
显示热电效应的材料可以将温差转换成电势，如同热通量包含载流子。或者，在此类材料上施加电势，会产生温度梯度。热电材料制造的器件常用于电子设备冷却或便携式冰箱，另外热电能量收集设备的应用也很广泛。
热电效应多物理场接口耦合了电流接口和固体传热接口。您可以使用传热模块的所有传热功能，例如高级边界条件和热辐射。和 COMSOL Multiphysics 软件内的所有其他物理场接口一样，热电效应接口能够与其他任意物理场接口耦合，例如固体力学接口。提供了两种常见的热电材料的材料属性：碲化铋和碲化铅，您可以轻松增加用户自定义的热电材料。
Heat and Moisture Transport in Air and Building Materials
The Heat Transfer Module provides several tools for modeling coupled heat and moisture transport in building materials and adjacent air domains by taking into account heat and moisture storage, latent heat effects, and diffusion and convective transport of moisture. These can be used to model moisture variations in building components. This includes modeling the drying of a structure's moisture content, as well as simulating condensation due to the migration of moisture from the outside a building to the inside.
Using these tools, convection and diffusion is modeled along with eddy-based turbulent mixing for heat and moisture transport in air. Water condensation and evaporation on surfaces are also considered in applications simulating moisture transport in air where, not only do these mechanisms influence the material balance between vapor and water, but also greatly influence energy balances due to latent heats.
Climate Data Database
A database of time-dependent climate data emanating from more than 6,000 weather station is available to be used in heat transfer simulations. This allows you to validate operating conditions of your designs and processes based on measured data, such as temperature, relative humidity, absolute pressure, wind velocity, and solar irradiance. The data is provided by the American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). It allows you to choose locations, times, and the ambient conditions for a location that is relevant to your model.
The default condition corresponds to the average value for a given date and hour. Yet, the user can also access the highest or lowest temperature recorded by a selected station, or values that correspond to the average values and those that deviate from this by a standard deviation unit. This allows you to simulate and test behavior in normal or extreme conditions, and within desired margins of safety.
基于数值仿真的拓扑优化使丰田混合动力汽车的电子元器件拥有更好的冷却效果
Toyota Research Institute of North America, MI, USA
安娜堡的丰田研究院正在针对能源效率、移动基础设施和安全性方面进行前沿研究。在这里，Ercan Dede 及其研究团队正在设计散热片（或冷却板），它们贴在丰田混合动力汽车中易碎的电气系统和其他应用上。 他们的仿真模拟了冷板的拓扑结构，使它可以提高冷却效率的同时最大限度地减少压降。以往的设计提供了良好的热传递，但代价是冷却板中出现明显的压降。利用分支通道，这些散热片可以提供相同的热传递，但流动路径已经得到优化。使用 LiveLinkTM for SolidWorks®，他们能够创造快速准确的设计迭代，从而得到一个最佳的冷却板拓扑。 SolidWorks 是 Dassault Systèmes SolidWorks Corp. 的注册商标。
制冷系统的集群仿真
Stephen Codyer & Mehdi Raessi Department of Mechanical Engineering UMass Dartmouth Dartmouth, MA Jessica Currie & Vladimir GoldsteinSunwell Technologies, Inc., Woodbridge ON, Canada
Sunwell Technologies Inc. 主要生产和销售冰浆（Deepchill™），它是在诸如货车之类的地方冷藏食物及其他物品的一种环保方式。他们委托位于达特茅斯（麻省大学达特茅斯校区）的马萨诸塞大学计算多相流动小组为 Sunwell ...
开关一点通
Matthias Richwin, Leopold Kostal GmbH, Dortmund, Germany
现代汽车具有各式各样的复杂功能，随之也给设计带来了不少挑战。这个用户故事会详述一些与高档汽车内的车顶模块和电动汽车的充电系统有关的必要更新。 特定型号的车顶模块内装有几个组件。生产的 90％ 热量会进入车顶模块的印刷电路板（PCB） ...
多物理场仿真帮助 Miele 优化电磁炉设计
Christian Schröder mieletec FH Bielefeld Germany Holger Ernst Miele Germany
设计电磁炉的目的是为了满足客户需求，让它具有比传统炉灶更好的精度和速度。设计师的任务是提高感应线圈与炉具相互作用的能效，并同时考虑系统的热和电磁。 Miele 是家用电器和商用机器领域全球领先企业，他们与 mieletec FH Bielefeld 的研究人员合作 ...
对抗核废物存储设施的腐蚀
G. Barbella, P. Geraldini Sogin, Italy
意大利的核电站即将停止使用，剩下的问题是如何安全地管理和存储放射性废物。核废物可以临时存储于用混凝土包裹的钢桶里，但环境因素必须谨慎控制，防止钢腐蚀。腐蚀过程难以进行实时监测，存储区域中的相对湿度还必须保持在65%以下。无论如何，采用普通 HVAC ...
基于仿真的工程学鼓励创新发明
Ozgur Yildirim and Zihong Guo Intellectual Ventures Bellevue, WA
基于仿真的工程学是缩短创新技术上市时间的关键。Intellectual Ventures 位于华盛顿州贝尔维尤，是 COMSOL Multiphysics 软件的受益者，他们使用软件加快了工作流程，从设计研究到设计样机 ...
电池仿真推动中国电动汽车发展
Dr. Songrui Wang Tianjin Institute of Power Sources, Tianjin, China
Songrui Wang 博士是天津电力研究所的研究员，主要从事电池测试和评估并提出安全性设计建议。锂离子电池正迅速成为最受欢迎的一类电池，主要用于汽车、移动设备和许多其他应用中，于是她分析了与锂离子电池相关的潜在火灾危险的风险。 使用 COMSOL Multiphysics 软件创建模拟绝热条件下锂离子电池热性能的模型，其中将传热与电化学反应耦合。该模型无需进行大量危险繁琐的实验，为研究所及其合作伙伴节省了资金，同时也节省了对设计进行分析的时间。王博士的分析让她可以优化电池几何形状并研究材料的热性能，同时使她能了解电池组的安全问题并提高认识。
加倍光束强度为费米国家加速器实验室的研究发现创造了难得的机会
M. A. Hassan, T. Khabiboulline, J. Reid Fermilab, IL, USA
宇宙中每一个最原始罕见的物理现象发现背后都是一种强大的技术，比如费米实验室现在正在使用的粒子加速器。在过去的 40 多年里，有一种粒子加速器十分特殊，就是增强器，它可以在实验室中为粒子物理实验提供高强度质子束。 目前正全力以为地对增强器的 19 铁氧体调谐高频腔进行翻新、测试并证明其符合要求。上述步骤完成后，高频腔即能以双倍的电流强度产生和保持粒子束。 这个用户故事要说明的是，费米实验室的工程师如何利用实验并结合多物理场仿真对高频腔增强器的 RF 加热和机械性能进行评估。这些研究结果有助于他们估算升级腔的冷却要求，以确保到 2025 年他们能安全可靠地生产出高吞吐量粒子束。
连铸：通过仿真优化设备和工艺
N. Grundy SMS Concast, Switzerland
连续铸造工艺改进了炼钢生产，在提高钢铁质量和工艺效率的同时，也节省了宝贵的资源。在连铸中，会将精炼之后的熔融钢液送至连铸机。然后使用水冷铜模对钢进行切割和冷却。为了确保铸造出的是高质量钢铁产品，必需最大程度减少钢铁中的非金属杂质，改善微观结构，并通过减少合金元素的偏析使复合材料保持均匀。SMS Concast 是一家专门进行连铸技术研究的公司，总部位于瑞士，他们的工程师使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了在熔融钢液流向模具时出现的流体流动以及冷却过程中的机械变形。通过仿真，他们对无法以其他方式实现的物理场耦合进行了研究，例如最初凝固过程中的传热和由于搅拌设备产生的电磁场。
惠而浦公司利用仿真改进热量和能量利用效率
N. Garcia-Polanco Whirlpool Corporation, Italy
在惠而浦公司与欧洲创始 GREENKITCHEN 项目合作进行的研究中，工程师们就是用仿真来提高家用烤箱的能效的。由于烤箱消耗的总能量中只有百分之十到十二真正用来加热食物，所以研究人员需要进行很多研究工作。通过使用 COMSOL Multiphysics® 软件和传热模块，工程师们创建了惠而浦的模型来研究热传热递过程中的传导、对流和辐射。最终得到的这个模型可以模拟欧盟关于能量消耗的标准测试（称为“砖块测试”），同时可以分析能量温度分布图以及在不同的加热循环过程中的水分浓度。这项研究的结果将有助于惠而浦和 GREENKITCHEN 采取进一步举措来减少欧洲国家能源消耗和改进能源利用效率。
利用多物理场仿真防止建筑物损坏
P. Sekki Vahanen Group, Finland
除了正常过冬外，结实的建筑物还必须能够抵御 50 年期间可能会遇到的最寒冷冬季。当湿气和污染物进入混凝土地基时，就可能会带来开裂的风险，还有土壤或地基冻结后其他结构性的损坏。 Vahanen 集团作为专业的建筑服务企业，会对房屋进行质量和风险评估，以确保按计划进行翻修不会让建筑物面临霜冻危害的危险。Vahanen 集团的建筑专家 Pauli Sekki，采用了 COMSOL Multiphysics 模型来确定是否对建筑物进行特定翻修就足以保护地基，如拆除损坏的加热管并用发泡聚苯乙烯取代现有的隔热材料。他在仿真中考虑到了地基以及周围环境中的传热、每个地区的材料属性及以往冬季的温度数据进行了说明。通过使用自己的仿真结果，他能为施工队伍提供准确的翻修计划建议。
共轭传热
Luke T. Gritter, Jeffrey S. Crompton, Sergei Yushanov, and Kyle C. Koppenhoefer AltaSim Technologies Columbus, OH USA
这是一个说明共轭传热概念的应用程序简讯，共轭传热在很多工业工艺中都很重要，比如淬火。 简讯中，他们分别在有相变和无相变的情况下模拟传热，这样做的目的是分析冷却剂介质的流动条件对散热速率的影响。然后对流体流动条件进行修改，使三维淬火模型中产生更规则的热量提取分布。这使他们能够将淬火条件规定为保持均匀的温度梯度，这样做可以在最终元件形状内得到更均匀的微观结构的同时减少元件中的残余应力。
蜡烛燃烧的多物理场分析
Luke T. Gritter, Sergei Yushanov, Jeffrey S. Crompton, and Kyle C. Koppenhoefer AltaSim Technologies, Columbus, Ohio
使用 COMSOL Multiphysics 软件， AltaSim Technologies 能够预测在蜡烛燃烧稳定状态过程中温度分布和燃烧火焰的流动形态。 在燃烧的蜡烛中，火焰的局部温度超过了 1400℃。传热将包括辐射、传导和对流区域，而烛蜡的熔点低会使局部相变在靠近燃烧芯的地方发生，这样热量便可以在火焰燃烧之前通过微管流动进行大规模传输。 模拟上述过程已表明火焰的在容器中的空间位置、容器的几何形状以及蜡烛在容器内的高度都会对温度和流动形态产生极大的影响。
优化斜线硅基 MEMS 二氧化碳探测器能耗
Serge Gidon CEA, Leti, Minatec, Grenoble, France
CEA-MINATEC 是由法国政府资助的科研机构 CEA 创立的微纳米技术国际中心。他们当前正在进行的一个项目是开发硅基 MEMS 二氧化碳传感器，其采用光学检测来监控建筑是否充分通风。为了让传感器正常工作，需要将一根灯丝加热到特定温度，这样使它可以发出大部分接近特定波长的红外辐射。环绕在周围的二氧化碳会大量吸收这种能量，而其余的红外辐射被检测用以进行二氧化碳的计算。这些传感器在非常低的电流下运行，因此它们可以持续相当一段时间，而与常规二氧化碳传感器相比成本较低。COMSOL Multiphysics 软件可为节能灯丝找到最佳几何，这种灯丝将避开独立式微热板上的热点，同时还减少了能源消耗。将二维模型与 COMSOL 的 ALE（任意拉格朗日 - 欧拉）方法结合使用来探寻优化方法。
全天候太阳能
ENEL, Rome, Italy
意大利公用事业 ENEL 与意大利国家新技术合作开发了一种新型聚光太阳能（CSP），可以在晴朗的时候以及多云条件下或在夜间采用槽式 CSP 发电。这种新型 CSP 发电站主要靠熔盐作为的媒介将热量存储在大型隔热良好罐体中。与以前使用的压力油相比，熔盐更有优势 ...
COMSOL 助力主厨赢得国际竞争
Dagbjorn Skipnes Nofima Norconserv AS, Stavanger, Norway
Nofima 是由渔业部控股的研究组，渔业部主要对水产养殖、渔业和食品行业进行研究和开发。在 Nofima 与挪威技术中心的合作中，主厨 Gunnar Hvarnes 通过一场烹饪比赛推广了大比目鱼，并提供了可以确保大比目鱼油炸鱼卷新配方能完美烹制的方法。通过 COMSOL Mutliphysics 创建模型，定位椭圆形鱼卷中的热点和冷点（与最初的想法不同）。这样，研究团队就能够确定鱼在煎炸油中应该停留的时间，它需要多长时间才能达到中心所需的温度，以及多长时间可以让它冷却。
温度计校准的不确定因素研究
Jonathan Pearce National Physical Laboratory UK
温度计具有广泛的应用，与所有测量仪器一样，它们必须进行校准。很多温度计都是根据 1990 年国际温标（ITS-90）进行校准，即一个铂电阻温度计用一个固定点单元校准，这个固定点单元包含一个可以在其中心插入温度计的容器。容器里装的是纯度为 99.9999％ 的材料 ...
在无法实际测量时，多物理场仿真提供了答案
Simon Chiartano, Terres Réfractaires du Boulonnais (TRB), France
在金属铸造工厂，为了遏制金属飞溅并提供相关保护措施，需要为高炉出液沟准备一个由铸铁和混凝土制成的沟盖。Terres Réfractaires Du Boulonnais 是法国的一家制造公司，拥有数以百计的高炉，但其有效寿命使用时间都较短，因此工程师需要在保持整体安全性的同时，将带沟盖的出液沟设计得尽可能简练。在金属生产工艺中，熔融金属可达到近 1500℃，因此无法进行温度测量，而在这这样的温度下控制工艺也是不可行的。 TRB 转为使用 COMSOL Multiphysics 软件和传热模块进行仿真，从而确定出液沟内的温度。仿真结果给工程师们带来了很大的启示，使他们能够创造出重量更轻、制造更容易且操作更安全的新型出液沟。
多物理场软件，夏普的一款多功能、高性价比开发工具
Chris Brown Sharp Laboratories of Europe, UK
夏普欧洲实验室的设计师正在致力于开创几类技术。从 LED 照明，显示器和微流体实验室的单芯片技术，到各种装置中使用的复杂能源系统，夏普需要一种寻找最佳设计的新方法。COMSOL Multiphysics 软件及其专业模块具有多功能性，可以在不同领域扩充夏普的研究和开发。 为了改进 LED 照明的散热和电极设计，夏普使用了 COMSOL 模拟散热。对于显示器，夏普转为使用 COMSOL 进行局部应力、疲劳和热分析。至于实验室单芯片设计，夏普研究了流体层中的粒子和周围电子之间的相互作用，通过阻抗来判断粒子是否存在。对于能源系统，他们使用 COMSOL Multiphysics 软件不仅模拟了固体组件中的传热，还准确地模拟了系统中气体和液体流动。
通过仿真使 LED 保持冷却以便管理
Aulis Tuominen and Mika Maaspuro University of Turku Turku, Finland Toni ...
与白炽灯照明相比，发光二极管（LED）有很多好处，如使用寿命长、光视效能高，而且环保。不过，有一个缺点是 LED 必须在尽可能低的温度下操作，而且必须谨慎调节。 芬兰图尔库大学业务和创新发展技术的研究人员专注于设计一个高效且成本低廉的散热片，用以调节温度。仿真对于他们的设计过程而言至关重要，因为创建原型是一个昂贵且耗时的过程。 大型制造企业（如飞利浦和海拉照明）也都用仿真来改进自己的 LED。在 COMSOL Multiphysics 软件中进行仿真使企业甚至可以在需要对新材料样品进行测试之前确定该材料对 LED 照明装置热性能的影响。
新型绝热技术为发展中国家运送疫苗
D. Gasperino, O. Yildirim Intellectual Ventures, WA, USA
医务人员运送疫苗时，疫苗必需在低温条件下储存。这也限制他们无法将疫苗运送到电力不足的地区。Intellectual Ventures 的 Global Good 项目发明了一种类似于保暖瓶的容器，通过冰对其供电，然后便可以使疫苗长时间保持低温。他们采用了 COMSOL Multiphysics 及其传热模块和分子流模块来模拟储存装置并最大限度地提高其冷藏功能，同时最大限度地减少真空空间中的放气。虽然已经能够通过仿真最大程度提高疫苗存放时间，但是他们还是会继续不断改善这个模型。
模拟复合物理场加速芯片开发
P. Woytowitz Lam Research Corporation, CA, USA
随着计算机技术的飞速发展，需要更强大的计算机芯片才能满足行业迅猛发展的高要求。Lam Research Corporation 主要制造半导体装置和设备，在半导体加工工艺中使用它们来沉积，蚀刻并清洁摆放在晶圆上的材料层。使用与化学气相沉积（CVD）一样精确的工艺后 ...
仿真帮助改进载人航天器的空气再生系统
J. Knox, R. Coker NASA Marshall Space Flight Center, AL, USA
为确保航天员的安全和太空任务的成功，需要定期对载人航天器中的空气进行再生处理。Jim Knox、Rob Coker 带领着 NASA 马歇尔航天飞行中心的工程师团队已经开发了称为等温体干燥器（IBD）的集水系统。IBD 可用于回收大气中的水分以供再次使用 ...
仿真软件为电缆行业带来巨大变化
M. Bechis Prysmian, Italy
设计和测试应用于陆地和海底的高压电缆，是 Prysmian 最重要的商业模式。设计电力传输系统的一个根本挑战就是优化电缆，这样它们才能在保持（最好是低于）最大允许工作温度的同时安全可靠地提供所要的稳态电流。 将多物理场仿真与研发流程相结合，这样 Prysmian 工程师可以在构建原型之前对电缆进行设计和测试，同时还可以考虑不利的热环境，而这在实际实验中却难于控制。具有瞬态分析功能的多物理场模型可以评估参数化电缆结构的热性能，同时还结合很多因素，诸如太阳能照射的日变量，甚至是用变化的电流负载，取代通常的恒定电流条件。Prysmian 的扩展仿真功能已经使电缆设计流程得以改进，可以为客户及同行们提供更好的服务。
通过多物理场仿真开发微型机器人驱动技术
P. Lazarou, C. Rotinat CEA LIST, France
微创手术机器人器械依赖于微型灵巧的工具及其可靠的驱动性。但大多数机器人手术器械都体积庞大，价格昂贵并且外科医生操作起来费时费力。法国原子能与可替代能源委员会（CEA LIST）的研究人员正在研究微型相变驱动器，它将会减轻外科医生在漫长手术过程中所承受的痛苦 ...
利用微波加热开发一种应用于有机合成的新型微反应器
W. Lee, K. Jensen MIT, MA, USA
用于生成溶剂和某些药物的化学反应依赖于有机合成，有机合成是可以通过微波加热来加速各种化学制品化合的过程。微反应器系统具备成功合成所必须的直接的、局域的且有效的温度变化。不过，均匀的温度分布对化学过程来说至关重要，不必要的温度变化或加热速度过慢可以抑制这些化学反应。麻省理工学院（MIT）的研究员 Wen-Hsuan Lee 制造了硼硅酸盐玻璃微反应器进行这个微波有机合成，但当她在微波系统中测试自己的设计时，发现加热并不均匀而且低于所需温度。于是她使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟微反应器，以此研究模型的几何和方向对加热过程所产生的影响。通过这些仿真结果，她能够重新改造微反应器，并优化其在微波系统中的位置和方向，以成功实现有机合成。
保持低温：SRON 为深空望远镜开发热校准系统
C. de Jonge SRON, Netherlands
外太空望远镜需要超灵敏探测器和校准才能接收弱远红外信号。远红外仪器（SAFARI），一种将登上宇宙学及天体物理学用宇宙学与天体物理空间红外望远镜（SPICA），其具有测量远红外光谱的传感器。SAFARI 系统包括一个辐射源，用于校准，但辐射源非常强大 ...
散热器
管壳式换热器
管壳式换热器常用于炼油厂和其他大型化工工艺中。本例中，两种不同温度的流体分别流入换热器：一种流经管道（管侧），另一种流经围绕管道的壳（壳侧）。设计参数和工作条件会影响管壳式换热器的最佳性能。本例显示了设置这样一个换热器模型的基本原理。如果需要涉及包括参数分析或其他类似腐蚀、热应力和振动等效应在内的比较复杂的模型，本例可作为一个简单分析的起点。
热电路板
大蒸发率多孔介质中的蒸发
相变
铝挤压工艺中的流-固耦合
本例演示铝挤压工艺中的流-固耦合 (FSI)，包括热-结构耦合和热-流耦合。挤压材料视为一种高粘性流体，由内摩擦产生热。口模承受流体的热载荷和压力载荷。\n\n需要“结构力学模块”和“传热模块”或“CFD 模块”。还需要材料库来建立模型。
参数化的电子封装几何
锡熔融前沿
本例演示如何根据 Stefan 问题通过移动边界接口对相变建模，这是由一个基准研究演变而来的问题。在一个方形空腔中同时含有固态和液态锡，其左右两侧边界存在温差。在含有移动熔融前沿的不同域中求解液态锡和固态锡。根据 Stefan 能量守恒条件计算了此移动边界随时间变化的位置。在熔体中，温度梯度引起自然对流，从而使移动边界产生位移，反过来会影响熔融前沿的位移。
电路板的对流冷却 - 三维自然对流
散热器强制空气冷却
就给定风扇曲线下散热能力而言，散热器通常是一个基准模型。要做这类实验，一种可行的方法是在带绝缘壁的矩形通道中放置一个散热器。\n\n随后测量通道入口和出口处的温度以及使散热器保持给定温度所需的功率。满足了这些条件，才可能估计出散热器发散的热量以及通道中的压力损失。\n\n此 App 即用于研究这类基准实验。可以改变散热器类型，以及翅片的数量及其尺寸，求得通道压力损失给定时的最优设计。\n\n空气流速和热源率也可以改变，此 App 求解非等温流动，且湍流由代数 y+ 模型来描述。
