粒子追踪模块更新


COMSOL Multiphysics® 6.3 版本为“粒子追踪模块”的用户带来了一系列功能改进,提升了在旋转坐标系中模拟粒子运动的性能,增强了与旋转域解的兼容性,并为定义粒子碰撞提供了更多选项。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

旋转坐标系特征功能增强

新版本在旋转坐标系 特征中引入了多个新变量,用户在使用此特征时可以存储惯性(或实验室)参考坐标系中粒子的位置和速度。通过这些变量,可以指定与惯性坐标系相关的坐标,从而简化粒子-场相互作用的定义。此外,粒子轨迹在惯性参考系中的可视化效果也得到了改进。在之前的版本中,旋转坐标系 特征仅提供粒子相对于旋转坐标系的位置和速度变量。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“旋转坐标系”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示二维绘图。
使用 旋转坐标系特征分析域旋转的屏幕截图。图中直观地显示了在非惯性旋转坐标系(左)和惯性坐标系(右)中,粒子在重力作用下的运动轨迹,两者完全一致。

此外,旋转坐标系 特征与其他多个物理场特征的兼容性显著增强。同时,外力计算以及与旋转坐标系 特征相关的虚拟力计算的精度也得到了提高。您可以参考新的管式离心机教学案例,了解如何使用这些改进功能。

冻结转子解与旋转域中粒子追踪的兼容性提升

新版本中新增了将速度从静态网格映射到动网格 复选框,可直接将在稳态网格上定义的速度场用于涉及粒子追踪接口和旋转域 特征的瞬态 研究步骤。以下特征中提供了该选项:曳力升力开尔文-亥姆霍兹破碎模型碰撞 以及摩擦力


该功能非常实用,例如,使用冻结转子 研究步骤求解几何形状简单的旋转域中的流体速度时,在稳态网格上定义的速度场(冻结转子 解)能够很好地近似空间坐标系中的速度,选中该复选框可以省去在动网格上求解场的步骤。您可以参考新的管式离心机教学案例,了解如何使用这一新功能。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“瞬态”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示管式离心机模型。
基于密度对管式离心机中的颗粒进行分离。使用 冻结转子研究步骤进行流体流动仿真,然后将得到的结果用于粒子追踪仿真的瞬态研究。

用户定义的碰撞功能改进

带电粒子追踪 接口中,碰撞 特征下的用户定义 子特征现在支持更多类型的碰撞,用户现在可以选择是否在碰撞后的产物中包含一次粒子。在之前的版本中,只允许包含一种二次粒子物质,但在 6.3 版本中,可以包含多种不同的二次粒子,这可以通过在用户定义 节点下新增一个物质属性 子特征来实现。此外,物质属性 节点中现在还包含控制二次粒子释放的设置,可以添加多个物质属性 节点的实例来分析不同的二次粒子。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“物质属性”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示离子漏斗模型。
电动离子漏斗中正离子的轨迹。背景中的等值线显示了漏斗中的直流电和交流电组合电位。

控制“粒子释放”特征中的随机性

现在,用户可以控制任何粒子释放特征所使用的随机数生成器。粒子追踪接口的设置中现在包含生成随机数的变元 选项,用于控制随机数生成器的种子。当启用生成唯一变元 选项时,随机数生成器的种子将由软件自动设置并保持不变,以确保每次求解模型时粒子的初始状态都相同。

当启用生成随机变元 选项时,种子将在软件运行过程中随机确定,这使得初始状态能够真正随机化,适合进行蒙特卡罗仿真。选择用户定义 选项,即可直接控制种子。选择此选项后,在释放特征的设置 窗口中会出现一个名为随机数生成器的附加输入变元 的新文本框,其中指定的值将用作与该释放特征相关的随机数生成器的种子。


随机数生成器现在可以控制所有粒子追踪接口中的初始位置、速度、释放时间以及辅助因变量的初始值。此外,在流体流动颗粒跟踪 接口中,随机数生成器还能够影响颗粒的质量或直径的分布。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“释放”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示二维绘图。
粒子以空间随机方式释放的二维绘图,其中粒子位置和大小通过用户定义的种子随机确定。绘图中的粒径根据从正态分布中采样得到的直径进行了缩放。

根据动量或动能将粒子速度初始化

在 6.3 版本中,可以通过指定粒子动量将粒子速度初始化,您可以指定动量的矢量分量或大小,还可以选择定速,球定速,半球定速,锥定速,朗伯 分布对矢量方向进行采样。所有这些采样分布方式同样适用于使用动能将速度初始化的情况。

您可以参考以下教学案例,了解如何使用这一新特征:

选择粒子组的新选项

累加器数密度计算粒子计数器速度重新初始化 等特征现在支持可以只对一组粒子进行计算,这些粒子可以按照其释放特征或粒子属性进行分组。例如,数密度计算 可用于计算所有粒子、由特定释放特征释放的粒子或具有指定属性的粒子的数密度。

同样地,粒子计数器 特征可用于统计一组选定域中或一组选定边界上具有指定属性的粒子数量。您可以参考管式离心机教学案例,了解如何使用这些新选项。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“数密度计算”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示介电泳分离模型。
上图:通过施加介电泳力分离红细胞和血小板,其中红细胞以红色显示,血小板以蓝色显示。下图:仅计算红细胞的数密度。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.3 版本的“粒子追踪模块”引入了两个新的教学案例。