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课程：在 COMSOL® 中模拟电磁线圈
获取有关使用 COMSOL Multiphysics 和 AC/DC 模块建模线圈的学习中心课程的概述，从设置线圈模型到分析电磁加热等等。
使用 3 维模型研究海底电缆中的电感效应
更换一个发生故障的海底电缆非常昂贵（可能超过 1 亿美元），因此一个经典的设计可以持续使用 40 多年。为了确保可以获得良好的投资回报，电缆行业通常采取比较保守的做法：极度依赖经验法则、安全系数、生命周期分析以及诸如国际电工技术委员会（IEC）提供的一些标准。但是，这些系数和标准往往会过高估计所需要的尺寸和材料。在竞争激烈的市场中，电缆供应商正在寻找更具成本效益的解决方案。 请注意：在本篇博客文章种，我们将介绍 8 部分电缆系列教程 的最后 2 部分，着重介绍3维电缆模拟。该系列教程讨论了使用 COMSOL Multiphysics® 和 AC/DC 模块模拟电缆的 2 维、2.5 维和 3 维等多方面内容。该系列教程的前 6 部分已在之前的博客文章中作了介绍：《COMSOL Multiphysics® 中的电缆建模：8 部分系列教程》。 快速提升电缆模拟能力 就在几年前，只有在大型集群系统上运行专用代码的专家才能使用详细的3维电缆模型。如今，任何能够使用现代台式计算机的人都可以在大约半小时内运行带有扭转电磁铠装的3维电缆模型。几何处理、网格剖分、求解和后处理都可以在 COMSOL Multiphysics® 软件的友好型用户界面中完成。 在标称相位温度为 90℃时，三芯铅包 XLPE HVAC 海底电缆的相、屏蔽层和铠装中的电阻和磁损耗密度。 因此，在电力电缆行业中，3维电缆模型正在逐步取代经验模型（例如IEC系列标准提供的模型）。对于典型的用例，这些标准允许制造商满足特定规格。对于电缆系统的用户，他们可以评估所需的工作条件和所产生的系统限制等。 尽管这些标准依赖于经验模型和数十年的经验，但数值模型实际上可以详尽地求解麦克斯韦方程组。数值模型有一个显著的优点，即它能够研究没有官方标准的设备。此外，数值模型还提供了一种新的方式，使人们可以更深入地了解正在发生的物理现象，从而超越传统的标准方法。这样将减少材料和制造成本，提高系统效率，但同时仍保持足够大的安全系数。在竞争激烈的电缆市场，数值分析被认为是一种至关重要的资产配置。 3 维扭转电缆模型的几何和网格剖分注意事项 对于大型 3 维有限元模型，设置几何和网格通常会占用我们大部分的模拟时间——换句话说，是我们的工时，而不是机器工时——尤其是对于具有独立铺设长度的扭转电缆模型而言，例如本文介绍的电缆。即使在使用扭转的周期性条件时，几何图形也将包含极端的纵横比。这意味着，如果我们仅使用通用的、各向同性的自由四面体网格，自由度（DOFs）的数量很容易就会超过三千万！ 迭代求解器也许可以在不消耗太多内存的情况下处理此问题，但是找到一个能够可靠而有效地求解模型的方法说起来容易做起来难。事实证明，使用直接求解器是一个更好的选择，但要使其在非常便宜的硬件（例如具有 32GB RAM和数百GB SSD交换驱动器容量的台式机）上正常运行，就需要将自由度的数量减少到大约二百万至四百万。幸运的是，对于各向异性网格，直接求解器比迭代求解器更具宽容性。 左：带扭转铠装的三芯铅包电缆的 3 维几何。右：相、屏蔽层和铠装中的扫掠网格（屏蔽层和铠装之间的空白区域使用拉伸的四面体网格）。 因此，我们面临的挑战是：需要找到一种可以正确解析电缆的几何和物理场的网格，并且自由度足够低，以使一台普通的台式机可以在合理的时间内求解模型。在COMSOL 案例库中，几何和网格 3 维模型教程（该系列教程的第 7 部分）展示了如何有效地应对这一挑战。该教程讨论了各种与几何和网格剖分相关的主题，包括如何： 使用 COMSOL 几何序列创建螺旋导体 对域和边界使用巧妙的选择过滤器，极大地简化模型的设置 设置有效而强大的网格剖分策略 设置几何时，为了以最少的计算量获得最佳的精度，教程使用了几何修正因子，例如倾斜和截断修正因子。此外，教程还讨论了扫掠网格以及拉伸的四面体网格、边界层网格和网格一致性。 使用 3 维模型研究海底电缆中的电感效应 电感效应 3 维模型教程（系列教程的最后一部分）全面概述了在 3 维模式下对一个 XLPE HVAC 海底电缆模拟时涉及的主题。尽管 2 维和 2.5 维模型对于电缆工程非常有价值，但它们无法像 3 维模型那样捕获相、屏蔽层和铠装之间精确而复杂的相互作用。这是因为，一般情况下，相和铠装在相反的方向以不同的铺设长度扭转。相反的扭转导致磁通密度在铠装中发展为纵向分量：磁通将遵循螺旋路径，而不是圆形路径（参见下图）。我们只能使用完整的 3 […]
利用 COMSOL® 批处理扫描的硬件并行性研究
什么是批处理扫描？如何为我的模型设置批处理扫描？COMSOL Multiphysics®可以利用多少个批处理并行。这篇文章回答了这些问题，并讨论了更多详细内容。
弹性波，时域显式接口简介
从无损测试到地震波在土壤和岩石中的传播，有许多应用领域涉及弹性波在固体中的传播以及结构中的振动。
如何使用 COMSOL Multiphysics® 中的状态变量特征
从 COMSOL Multiphysics® 5.5 版本开始，您可以使用状态变量来跟踪模型的状态，这些变量将影响其他领域，例如材料特性，可用于在模型中实现滞后性。
使用多层材料功能模拟薄层中的传热
COMSOL Multiphysics® 软件中内置了一组全面的功能，可用于计算薄层中的传热。关于如何使用这些功能以较小的计算成本获得精确的解，本文不做详细讨论。这篇博客，我们将重点关注与 多层材料 功能有关的问题：这项功能有什么作用？您的模拟如何从中受益？ 编者注：这篇博客最初发布于2019年。现在已经更新以包括自 COMSOL Multiphysics 5.5 版本开始传热模块中增加的新功能。 模拟薄层中的传热 COMSOL Multiphysics 中提供了一些功能，可以考虑几何结构中薄层的特定传热属性，并且无需在几何结构中明确表征这些层，即可求解薄层中的热量传递。对于不同领域的应用，您都可以在层中定义电流和机械应力，例如电子元件和承受热应力的层压复合材料壳。 下图显示了不同温度梯度下钢柱中的温度分布。由于热导率低，安装在钢柱中部由两种不同材料构成的薄陶瓷部件起到隔热屏障的作用，并在陶瓷部分产生温度产变。陶瓷层在模型几何中被表示为一个面而不是两层薄体积域，以减少对网格大小的限制，这可能会使几何的不同部分具有高纵横比。高纵横比会使该部分的可视化变得非常困难。尽管几何结构中并未明确表征陶瓷部件，您仍然可以求解所有层的温度分布，并可以将其放大后更好地进行后处理，如下图所示。 使用 固体传热 接口和 薄层 节点计算的包含陶瓷层的钢柱中的温度分布。为了清晰地查看结果，将陶瓷层的厚度放大了 20 倍。 有关此模型的更多详细信息，请参阅 COMSOL 案例库中的复合保温层教程案例。 多层材料功能对传热仿真有什么好处？ 多层材料 功能可以在两方面提高您的仿真经验： 在模型树的中心位置对多层壳属性的定义进行分组，以在不同物理场接口中访问。这样做是为了将介质定义从物理场定义中分离出来并减少建模工作，因为对于所有的物理场，介质属性只需设置一次。 通过允许如任意数量、任何位置和任意方向的层来增加灵活性。 接下来，我们来看看使用 多层材料 功能计算多层壳中的传热的功能设计的优势，考虑一个包含两层壳的几何结构： 在边界 1 上定义的第一层壳，由包含材料 1（顶部和底部）和材料 2（中间）的 3 层组成 在边界2上定义的第二层壳，由材料3构成的单层材料 包含多层壳的几何，以及施加在边界 1 和边界 2 上的材料。 多层壳作为表面被包含在几何结构中，但物理场方程可以通过增加自由度（DOF）在重建的体积域（下图中以红色显示）中求解。 施加在边界 1 和边界 2 上的多层壳的重建体积域（厚度放大了 10 倍）。 当模拟该几何结构中热量传递时，我们可以指定层数、每一层的厚度和材料。除了这些属性之外，还可以轻松访问高级参数，例如厚度方向的网格单元数量、边界上多层材料的取向和位置，以及层交界面的特定材料属性。 除材料外，多层壳的所有属性均由 多层材料 节点定义，包括多层壳的组成，每一层的几何和离散特性。物理节点（本示例中为 薄层）指向多层材料 节点（下图的中间部分）；多层材料 节点指向用于定义材料属性的材料节点（下图的底部）。 包含多层壳定义在内的模型节点。 因此，您可以应用一个单物理场模型，模拟由不同数量和类型的层组成的多层壳的热传导。多层壳的特性在 多层材料 节点中定义。通过在模型树中将介质属性和物理模型的定义划分为两个不同部分，如下图所示： 模型树和 固体 节点的 设置窗口。 软件中提供的几个多层材料节点： 单层材料 多层材料链接 多层材料堆叠 多层材料 阅读博客使用复合材料模块分析风力发电机叶片，了解如何将这些节点组合起来对风力发电机复合叶片进行模拟。 上文，我们对多层材料 功能进行了介绍，接下来，我们需要回答两个问题： 如何利用此功能进行传热仿真？ 该功能对仿真过程有什么帮助？ 在 COMSOL Multiphysics® […]
非近轴高斯光束的倏逝分量
自 COMSOL Multiphysics® 5.5 版本起，非近轴高斯光束背景场的渐逝分量可作为波动光学和射频模块中的一项功能使用。
如何建立电化学模型——以柠檬电池为例
在本篇博客文章中，我们将讨论如何从头开始建立电化学和电池模型的一般过程，并以柠檬电池为示例来演示建模过程。
如何创建包含 CAD 导入和选择的仿真 App
在使用 COMSOL 软件二次开发的过程中，你可能会遇到这样的问题：如何使用 App 开发器创建可以处理 CAD 导入并能让用户交互式选择边界条件的仿真 App？我需要了解编程吗？
模拟物体在基板上的光散射
电磁波中的一个常见建模场景：计算光在均匀介电基板顶部图案化的结构上的散射。
如何在 COMSOL Multiphysics® 中模拟链传动系统
在之前的博客文章中，我们讨论了如何使用 COMSOL Multiphysics® 零件库中的内置参数化几何零件，轻松创建滚子链轮组件的几何模型。
如何在 COMSOL Multiphysics®中使用规范固定？
以下是您在COMSOL Multiphysics®的电磁学模拟中使用仪表固定的指南，从确定是否有必要实施电流守恒。
COMSOL®中的多相流建模与仿真：第 1 部分
多相流通常包括气-液、液-液、液-固、气-固、气-液-液、气-液-固或气-液-液-固混合物的流动。此系列博客主要讨论气-液和液-液混合物，并简要讨论固-气和固-液混合物。此外，我们还将介绍 COMSOL 软件中 CFD 模块和微流体模块中的模型和模拟策略。 不同尺度的多相流建模 通过数学建模可以对不同尺度的多相流进行研究。最小尺度约几分之一微米，而最大尺度可达几米或几十米。这些尺度甚至可以相差大约八个数量级，其中最大尺度可能比最小尺度大一亿倍,这意味着，在整个尺度范围内，使用同一种机理模型在数值上是无法解析从最小尺度到最大尺度的多相流。因此，多相流模拟通常分为不同的尺度。 在较小的尺度上，可以详细模拟相边界的形状；例如，气泡与液体之间的气液界面的形状。在 COMSOL 软件中，这种模型称为分离型多相流模型，而描述此类模型的方法通常被称为表面追踪法。 在较大的尺度上，如果必须详细描相界面，该模型方程将无法求解。相反，此时会采用场（如体积分数）来描述不同相，同时将表面张力、浮力和相间质量传递这类界面效应作为分散多相流模型方程中的源和汇。 分离型多相流模型详细描述了相边界，而分散型多相流模型仅考虑分散在连续相中的一个相的体积分数。 上图显示了分离型和分散型多相流模型的主要区别。上述两种示例，均使用函数 Φ 来描述气相和液相。但是，在分离型多相流模型中，不同相之间相互排斥并存在一个清晰的相边界。在此边界上，相场函数 Φ 发生突变。除了追踪相边界的位置以外，相场函数没有任何物理意义。 在分散型多相流模型中，函数 Φ 描述了气相（分散相）和液相（连续相）的局部平均体积分数。通过平均体积分数可以在该区域的任一点顺利找到介于 0 和 1 之间的值，这预示着在其他均质域中是否存在少量还是大量气泡。也就是说，在分散型多相流模型中，可以在同一时间和空间点上定义气相和液相；而在分离多相流模型中，在给定的时间和空间点上，只能定义气相或液相。 分离型多相流模型 对于分离型多相流的模拟，COMSOL Multiphysics® 软件提供了 3 种不同的界面追踪方法： 水平集法 相场法 动网格法 水平集和相场都是基于场的方法，其中相界面代表水平集或相场函数的等值面。动网格法与上述两种方法完全不同，它将相界面模拟为分隔两个域的几何表面，其中每个域对应不同的相。 基于场的问题通常是在固定的网格上求解，而使用移动的网格可以解决动网格问题。 下图的动画显示了一个 T 型微通道中生产乳液的模拟结果，该模型使用相场法求解。在动画中，我们可以看到相边界与网格的平面和边缘不一致，相边界由相场函数的等值面表示。 在相场法和水平集法中，有限元网格不必与两个相的边界一致。 与之相反，下图显示了含动网格的上升气泡的验证模型。网格与相边界的形状保持一致，并且网格边缘与相边界重合。但是，动网格模型也有缺点，即气泡的变形使两个次级气泡从母气泡分离。此时，必须将原始相边界划分为几个边界。该方法太复杂，并且尚未在 COMSOL® 软件中实现。因此，COMSOL® 软件中的动网格法无法处理拓扑变化。而相场法不存在这个缺点，它可以处理相边界形状的任何变化。 上升气泡的验证。当两个次级气泡脱离母气泡时，发生了拓扑变化。 什么时候使用相场法和动网格法？ 对于给定的网格，动网格法具有更高的精度。基于这一优势，我们可以直接在相边界上施加力和通量。为了解析该表面的等值面，基于相场的方法需要围绕相边界表面建立密集网格。由于很难定义一个精确贴合等值面的自适应网格，通常必须在等值面周围建立大量密集网格。在具有相同精度的情况下，相较于动网格，这样做会降低基于场的方法的表现。那么，什么时候使用这些不同的方法呢？ 对于不希望发生拓扑变化的微流体系统，通常首选动网格法； 如果需要拓扑变化，则必须使用相场法： 当表面张力的影响较大时，首选相场法 如果可以忽略表面张力，首选水平集法 分离型多相流模型和湍流模型 在湍流模型中，由于仅解析平均速度和压力，流体的细节会丢失。从这一点来看，表面张力效应在流体的宏观描述中也变得不那么重要。由于湍流表面的流动也比较剧烈，几乎不可能避免拓扑变化。所以对于湍流模型和分离型多相流模型的组合，最好使用水平集法。水平集法和相场法都可以与 COMSOL Multiphysics 中的所有湍流模型结合使用，如下图和动画所示。 在COMSOL Multiphysics中，所有湍流模型都可以与相场法和水平集法相结合来模拟两相流。 将水平集法与 k-e 湍流模型相结合来模拟反应堆中水和空气的两相流。 分散型多相流模型 在相边界过于复杂而无法解析的情况下，必须使用分散型多相流模型。 CFD 模块提供了 4 种（在原理上）不同的模型： 气泡流模型 适合高密度相中包含较小体积分数低密度相的情况 混合模型 适合连续相中包含较小体积分数的分散相（或几个分散相），其密度与一个或多个分散相相近的情况 欧拉–欧拉模型 适用于任何类型的多相流的情况 可以处理任何类型的多相流，且气体中有密集颗粒，例如流化床 欧拉–拉格朗日模型 适合包含相对较少（成千上万，而不是数十亿）的气泡、液滴或悬浮颗粒流体 适合气泡、颗粒、液滴或使用方程模拟的颗粒，该方程假定流体中每个颗粒的力平衡 什么时候使用不同的分散型多相流模型？ […]
模拟多孔介质中的达西流和非达西流
了解多孔介质中流动建模背后的理论，包括Kozeny–Carman、Forchheimer、Ergun、Burke–Plummer和Navier–Stokes方程。
如何使用波动光学模块模拟透镜
透镜模拟波动光学中的透镜模拟可能很难执行，因为它们通常需要很多网格元素。了解如何使用波动光学模块的功能回避此问题。
通过去除材料增强结构稳固性
当结构中的应力超过可以接受的极限时，我们首先想到的是添加更多的材料来提高承载能力，这是常用的方法。但在大多数情况下，还可以考虑另一种方法，即通过去除材料来改善结构稳固性。
在多体动力学模块中创建滚子链的几何形状
COMSOL Multiphysics® 软件为您提供了链传动系统建模的便捷方法。本文为链传动建模系列博客的第一部分内容。在本篇博文中，您将了解如何使用 COMSOL Multiphysics 零件库中的内置参数化几何零件创建滚子链组件的真实几何模型。
如何在 COMSOL Multiphysics® 中进行灵敏度分析
您的设计参数如何影响其性能？ 理解这种关系是设计过程中很有价值的一部分。 通过执行敏感性分析，您可以做到这一点。
如何使用拓扑优化结果创建几何模型
拓扑优化通常不是设计进程的最后一步。实际上，您可以利用拓扑优化研究的结果对几何结构进行模拟，以推动下一步分析。
如何使用 COMSOL 进行电磁热分析？
研究电磁仿真的工程师或研究人员，可能感兴趣的第一个多物理场耦合就是电磁（EM）热。无论是需要热量，还是要避免因电磁损耗而产生的热量，电气设备的性能几乎总受温度影响。
什么是旋度单元，为什么要使用它？
在求解一些电磁学问题时，卷曲单元（也称为边元或向量元）可以用于有限元法。
金属加工模块简介
COMSOL Multiphysics® 5.5 版本新增的金属加工模块用于研究热处理过程（例如，淬火和渗碳）。金属加工模块具有模拟钢和铸铁等材料中的相变和相关现象的特征和功能。它可以与结构力学和传热模块结合使用，计算热处理过程中组件的残余应力和变形。
如何自动设置多体系统模型
自动模型设置功能包括两个功能，可以加快多体系统的建模过程：创建刚性域和创建齿轮。
基于密度-梯度理论建立的三种半导体器件模型
你可以用密度梯度理论来模拟半导体器件。这里有三个例子：硅反转层、硅纳米线 MOSFET 和 InSb p 沟道 FET。
