流体 & 传热 博客文章
设计可实现材料精确沉积的喷墨打印头
不管是 2D 或 3D 喷墨打印机，喷嘴设计都是保证装置实现精确材料沉积的重要前提，具有重要意义。
CFD 仿真中如何设定流体压力
众所周知，在 CFD 仿真中常涉及两种压力：绝对压力和相对压力。通过实验测量流体中压力的方法有许多种。在建立 CFD 模型时，正确地设定压力对定义边界条件和定义材料特性非常重要。 今天，我们将解释相对压力和绝对压力之间的区别，讨论 COMSOL Multiphysics® 软件为什么使用相对压力求解 CFD 问题，以及在模拟中什么时候使用不同定义的压力。 绝对压力和相对压力有什么区别？ 在流体力学中，压力是指流体中单位面积表面上所承受的力。使用 COMSOL Multiphysics，我们可以通过求解流体流动的控制方程，纳维-斯托克斯方程，从而确定描述流动的速度和压力场。 CFD 问题中涉及的压力，通常主要有两种：绝对压力和相对压力。 绝对压力 绝对压力是指以绝对真空为基准直接测量的压力，即流体的真实压力。例如，如果我们使用气压计测量某一日的室外压力，会看到气压计的绝对读数大约为 1 个大气压或 101.325kPa，该值与海平面上的大气压相等。绝对压力为零代表真空。 使用气压计测量从 950mbar 到 1050mbar 的室外压力（1 mbar = 100 Pa）。图片来自 Langspeed，通过Wikimedia Commons在CC BY-SA 3.0下获得许可。 相对压力 相对压力是指相对于参考压力的流体压力。表压力是相对于环境压力测得的压力，即以环境压力为参考的相对压力。通常，相对压力用于表征封闭系统中的压力水平。我们可以使用压力表测量相对压力，以将内部压力与周围压力相关联。 压力表，在压力控制站测量相对压力。注意刻度盘如何从零开始，零刻度代表系统压力等于参考压力水平。图片由 Holmium 提供-自己的作品。通过Wikimedia Commons在CC BY-SA 3.0下获得许可。 绝对压力和相对压力的关系可表示如下： PA=p+pref 如果使用真空作为参考压力，则绝对压力和相对压力相等。大多数情况下，参考压力设置为大气压，通常是环境压力。 接下来，我们来看一下如何在 COMSOL Multiphysics 中描述这些压力定义。当我们计算一个流体流动问题的解时，COMSOL® 软件首先会求解速度分量（u，v，w）和相对压力（p）。在后文中，我们将解释，通过使用相对压力（而不是绝对压力）作为因变量，可以在建模中提高压力描述的准确性。然后，我们可以使用相对压力值作为模型的初始值和边界条件，下面，我们将举例说明。 在 COMSOL Multiphysics® 中表征流体压力 我们来看一个如何在 COMSOL Multiphysics 模型中恰当地将相对压力和绝对压力作为变量的示例。为了演示这些概念，我们使用一个简单的模型来说明。在模型中，空气以 1m/s 的入口速度流入通道并流出到绝对压力为 1 个大气压的环境中。除了我们假设两个对称的短入口段外，模型顶部和底部的边界均为无滑移通道壁。设置入口段是为了避免不一致的边界条件。（如果我们在防滑边界附近定义一个笔直的入口速度曲线，就会出现不一致的边界条件。） 有空气流通的通道示意图。 在此模型中，相对压力的变量名称为 p，绝对压力的变量名称为 spf.pA。在层流 接口的设置中，我们看到要求解的因变量是速度分量（u，v，w）和相对压力（p）。 因变量设置窗口。 在下图中，我们可以看到，参考压力水平默认设置为 1[atm]。该参考压力水平用于计算绝对压力：spf.pA = p + spf.pref。 我们还将可压缩性设置为弱可压缩流，这意味着空气的密度取决于温度和参考压力。要了解不同可压缩性设置的更多信息，请参阅上一篇博客文章。 可压缩性和参考压力设置。 现在，我们可以指定边界条件。在入口处，将法向速度设置为 1m/s。对于初始条件和出口边界条件，由于使用默认设置，因此需要输入相对压力。即，使用一个参考压力。当加上出口条件时，我们看到相对压力的默认值为 p=0，相当于绝对压力等于默认的参考压力为 […]
COMSOL Multiphysics® 自然对流建模简介
自然对流是电子设备冷却、室内气候系统和环境输运等很多科学和工程应用领域常见的物理现象。在 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版本中，CFD 和“传热模块”都附带有创建和求解自然对流问题的功能。在这篇博客中,我们将概述自然对流现象，介绍相关的新功能，并讨论在模拟自然对流时可能遇到的一些问题。
通过模拟玻璃化转变温度优化 3D 打印机
在 3D 打印机中，不良的冷却和固化速率会对制造的零部件造成负面影响。通过优化 3D 打印机的设计，我们可以提升打印产品的品质。一支研究小组利用仿真分析了 3D 打印机中聚合物的冷却过程和相应的玻璃化转变温度。让我们看看，他们是如何针对采用了熔融沉积成型法（FDM®）的 3D 打印机，模拟丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的挤出过程的。
通过仿真研究快速热退火工艺中的传感器性能
快速热退火（RTA）是生产半导体过程中的一个步骤。你可以通过仿真研究相关现象来优化RTA条件。
为什么冰足够滑，适合滑雪和滑冰?
“冰为什么是光滑的?”为这个问题找到一个科学的解释似乎很简单，但实际上，几个世纪以来，这一直是一个备受争议和令人困惑的主题。随着世界上大部分地区的人们开始为过冬做准备，我们来探索光滑的冰是如何让我们能够滑雪、滑冰，甚让我们在停车场摔倒背后的科学。
借助仿真设计高效的透皮给药贴片
透皮给药（transdermal drug delivery，简称 TDD）贴片的作用是在一段时间内将药物持续渗透到患者体内。然而，人体的皮肤是阻止外来物质（也包括药物在内）入侵的天然屏障。为了制造出可有效穿透皮肤的 TDD 贴片，研究人员利用仿真对药物的释放过程和皮肤的吸收过程进行了研究。Veryst 工程公司（Veryst Engineering）在 COMSOL Multiphysics® 软件中创建了 TDD 贴片模型，并将仿真结果与实验数据进行了比较。
为什么烈火阿拉斯加蛋糕内的冰淇淋不会融化？
烈火阿拉斯加（baked Alaska）是一款能让晚宴宾客啧啧称奇的甜品。制作这款经典的待客甜品时，首先将冰淇淋铺到海绵蛋糕上，然后在冰淇淋上盖满蛋白糖霜。为了使蛋白糖霜焦糖化，甜点要放入热烤箱烘烤，但内部的冰淇淋会令人惊奇地保持冻结状态。在本文中，我们将利用 COMSOL Multiphysics® 软件的传热仿真功能，探寻烈火阿拉斯加的奥秘。