粒子追踪模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.0 版本为“粒子追踪模块”的用户引入了两个新的教学案例和许多可用性改进,例如转换从文件加载的粒子坐标的选项,以及计算壁面通道流中升力和曳力的更快算法。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

新的教学案例

三体问题

三体问题是在给定初始位置和速度的情况下,计算三个物体在相互引力作用下的位置和速度。虽然它没有一般解析解,并且可能会显示出混沌特性,但已知某些初始条件会周期性地重复相同的配置。下面是三体问题 8 字形解的动画,它被认为是稳定的,这是因为如果初始条件受到轻微扰动,粒子运动会保持周期性。在这个模型中,重力作为粒子-粒子相互作用 力添加。您可以从关联的“案例下载”条目下载模型。

挤压流分离

本教学案例采用挤压流分离法模拟基于颗粒大小的颗粒分离。首先,利用层流 接口计算微通道内的速度场。接下来,使用流体流动颗粒跟踪 接口来计算注入颗粒的轨迹。直方图用于根据颗粒的大小跟踪颗粒的分离,并量化每个出口处颗粒的大小范围。您可以从关联的“案例下载”条目下载模型。

具有两个入口和多个出口的二维微通道模型,以 HeatCamera 颜色表显示单元的轨迹。 发生挤压流分离的单元的轨迹。颗粒上的颜色表达式表示它们的直径,表明微流体器件正在按大小对颗粒进行分类。灰度背景以对数刻度显示流体速度模。

非局部耦合的简化名称

所有粒子追踪接口都定义了耦合,以计算模型中粒子表达式的总和、平均值、最大值或最小值。在 COMSOL Multiphysics® 6.0 版本中,这些耦合的名称已简化,以便于使用。您可以在新的三体问题模型以及以下现有模型和 App 中查看此更新:

对于数学粒子追踪 接口 (pt) 的实例,下表列出了旧名称和新名称。


耦合描述 旧名称 新名称
对粒子求和 pt.ptop1(expr) pt.sum(expr)
对所有粒子求和 pt.ptop_all1(expr) pt.sum_all(expr)
对粒子求平均值 pt.ptaveop1(expr) pt.ave(expr)
对所有粒子求平均值 pt.ptaveop_all1(expr) pt.ave_all(expr)
对粒子求最大值 pt.ptmaxop1(expr) pt.max(expr)
对所有粒子求最大值 pt.ptmaxop_all1(expr) pt.max_all(expr)
对粒子求最小值 pt.ptminop1(expr) pt.min(expr)
对所有粒子求最小值 pt.ptminop_all1(expr) pt.min_all(expr)
在粒子的最大值下计算 pt.ptmaxop1(expr, evalExpr) pt.max(expr, evalExpr)
在所有粒子的最大值下计算 pt.ptmaxop_all1(expr, evalExpr) pt.max_all(expr, evalExpr)
在粒子的最小值下计算 pt.ptminop1(expr, evalExpr) pt.min(expr, evalExpr)
在所有粒子的最小值下计算 pt.ptminop_all1(expr, evalExpr) pt.min_all(expr, evalExpr)

旧名称在 6.0 版本中仍然有效,因此无需更新任何现有模型。

从文件加载粒子位置时的转变

使用根据数据文件释放 节点从文件加载初始粒子位置时,现在可以将转变 应用于初始坐标。您可以使用膨胀(缩放)、旋转和平移的任意组合。如果初始粒子速度也是从文件加载的,您可以对位置和速度应用相同的旋转。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“根据数据文件释放”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示模型的粒子轨迹。 根据数据文件释放 特征的四个实例,分别具有不同的比例、旋转角度和位置。

壁诱导升力和曳力的快速边界搜索

流体流动颗粒跟踪 接口中,近壁面流动的升力、曳力和各向异性湍流弥散现在计算速度更快,并采用新选项设置对每个颗粒最近边界元的搜索。现在,您可以在最近点(默认特性,5.6 版本中唯一的特性)或更快的选项使用容差进入连接组件 之间进行选择,可以在其中指定最大搜索半径。这对于长宽比非常高的管和通道中的颗粒跟踪是一个非常有用的选项。您可以在现有的槽道湍流中的重颗粒弥散教学案例中查看这一新特征的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“曳力”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示粒子轨迹。 使用新的基于容差的搜索算法,基准模型“流道湍流弥散”的速度现在提高了约 25%。请注意,几何形状不是按比例绘制的。

高能离子轰击累积剂量

在模拟高能离子通过固体物质的过程时,现在可以在粒子-物质相互作用 节点中累积离子穿过时域中的吸收剂量和剂量当量。您可以通过选中以下复选框的任意组合来计算累积剂量:吸收剂量电离损失的吸收剂量核阻止的吸收剂量

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“粒子-物质相互作用”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示三维模型。 α 粒子穿透固体区域的剂量当量切面图。

粒子与周围流体之间的传热

现在,您可以使用新增的耗散粒子热 特征计算粒子与周围流体之间的传热。粒子可以用作周围流体的热源/散热器。为了使用此特征,您需要在流体流动颗粒跟踪 接口中选中计算粒子温度,并使用对流热损耗 特征计算粒子的热流量。


在流体中沉降的热颗粒的对流冷却。表面图显示由于颗粒散热而导致的流体温度。