射线光学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.2a 版针对“射线光学模块”的用户引入了可以在几何外部建模射线追踪的功能、新增了用于测量单色像差的绘图类型、改进了射线轨迹绘图等。请查看以下详细信息来了解“射线光学模块”的所有更新。

几何外的射线传播

通过透镜系统追踪射线时,不再需要添加空气域或真空域来涵盖射线。射线可以在几何外以及未剖分网格的域中释放和传播,只要这些区域是均质的(未分级)。使用此新功能 后,“材料突变”边界条件取代了原来的“壁”边界条件而用于外部边界,使射线折射到已剖分网格域的内部或外部。“App 库”中的大部分相关示例已更新,均已具备此功能。

模拟时,在几何光学接口的设置窗口中指定外部域折射率功能。当射线在几何外传播或在几何光学接口选择列表中未列出的域中传播时,将用到这个折射率值。射线仍可与几何中的边界相互作用,即使这些边界未与任何已剖分网格的域相邻也是如此。但是,边界本身必须剖分网格。边界的网格剖分在使用默认网格设置时自动完成。

一束准直光束由凸透镜聚焦。射线可以在透镜和没有定义网格的几何外部区域中传播。射线的颜色表达式以它们的强度为依据,而网格的颜色与单元尺寸成正比。 一束准直光束由凸透镜聚焦。射线可以在透镜和没有定义网格的几何外部区域中传播。射线的颜色表达式以它们的强度为依据,而网格的颜色与单元尺寸成正比。
一束准直光束由凸透镜聚焦。射线可以在透镜和没有定义网格的几何外部区域中传播。射线的颜色表达式以它们的强度为依据,而网格的颜色与单元尺寸成正比。

光学像差绘图

新的“光学像差”绘图类型专用于测量单色像差。这些绘图计算入射光线在朝一个焦点会聚时彼此之间的光程差,然后将光程差拟合到 Zernike 多项式的基中。您可以绘制 Zernike 多项式乘以计算得出的 Zernike 系数的任何线性组合,还可以使用像差评估功能生成 Zernike 系数表格。
高达第五级的 Zernike 多项式,在单位圆上绘制。 高达第五级的 Zernike 多项式,在单位圆上绘制。
高达第五级的 Zernike 多项式,在单位圆上绘制。

改进的射线轨迹绘图

除了存储的时间步中的解或光程长度增量,射线轨迹绘图类型现在自动包含许多附加点。通常,这些附加点位于射线在边界上反射或折射的位置。有了这些附加点,射线轨迹绘图类型现已得到改进,比之前传达的信息更多,即使存储的时间步数量或光程长度增量非常小也是如此。

COMSOL Multiphysics® 5.2 版与 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版中存储的求解次数相同的 Czerny-Turner 单色仪模型中射线轨迹绘图类型的对比。 COMSOL Multiphysics® 5.2 版与 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版中存储的求解次数相同的 Czerny-Turner 单色仪模型中射线轨迹绘图类型的对比。
COMSOL Multiphysics® 5.2 版与 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版中存储的求解次数相同的 Czerny-Turner 单色仪模型中射线轨迹绘图类型的对比。

基于圆锥体释放的新选项

通过初始方向的锥形分布释放射线时可以使用几个新选项。您可以通过波矢空间的均匀密度来释放射线,这样,每条射线都指向相同的立体角。另外,您可以分别指定极方向和方位方向的射线密度。内置选项还可用于仅释放边缘光线,包括或不包括轴向射线。

通过锥形分布释放射线时,现在有四个选项。 通过锥形分布释放射线时,现在有四个选项。
通过锥形分布释放射线时,现在有四个选项。

重命名的强度计算选项

几何光学接口“设置”窗口中的“强度计算”列表选项已给定了新的、更直观的名称。

5.2 版中的选项名称 5.2a 版中的选项名称
使用主曲率 计算强度
使用主曲率和射线功率 计算强度和功率
使用曲率张量 计算变折射率介质中的强度
使用曲率张量和射线功率 计算变折射率介质中的强度和功率

更新的教程模型:碟形太阳能收集器

“碟形太阳能收集器”教程模型已更新,现在包含有两组基准数据。

碟式抛物面太阳能聚光器可以将入射太阳辐射聚焦到目标收集器或腔式收集器,产生非常高的局部热通量。由此可产生用于发电的热流;或用作燃料的氢。在某些应用领域中,腔式收集器表面热通量的均匀程度对效率产生显著影响。在本示例中,太阳辐射经聚集器发生反射聚焦到焦平面的一个很小区域,这个小区域上就可放置一个腔式收集器。

在影响太阳能聚集器-收集器系统性能的参数中,最受人关注的是浓度比,其定义为入射通量与环境太阳通量的比率。

本模型基于以下两个假设计算了抛物面太阳能聚光器焦平面上的浓度比。第一个假设中,抛物面反射器被视为完全光滑的不吸热的反射器。第二个假设中,考虑了表面粗糙度、反射器的吸收和太阳形状的影响。这两组研究都计算碟式抛物面的焦平面上产生的浓度比,并将结果与已公布的值进行比较。

App 库路径: Ray_\Optics_\Module/Industrial_\Applications/solar_\dish_\receiver

碟形太阳能收集器教程模型显示理想反射器(左上部)和考虑表面粗糙度、吸收和太阳能临边昏暗时的反射器(右上部)的结果与发布值之间的数据对比。还提供了每种情况的二维结果(底部)。 碟形太阳能收集器教程模型显示理想反射器(左上部)和考虑表面粗糙度、吸收和太阳能临边昏暗时的反射器(右上部)的结果与发布值之间的数据对比。还提供了每种情况的二维结果(底部)。
碟形太阳能收集器教程模型显示理想反射器(左上部)和考虑表面粗糙度、吸收和太阳能临边昏暗时的反射器(右上部)的结果与发布值之间的数据对比。还提供了每种情况的二维结果(底部)。