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COMSOL Multiphysics® 6.1 发布亮点

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传热模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“传热模块”的用户新增了用于航天器热分析的建模工具，用于定义共享表面或表面对表面之间的连续性条件的多物理场耦合，以及全新的用于定义表面对表面辐射模型的工具。请阅读以下内容，进一步了解“传热模块”的各项更新。

航天器热分析

新的轨道热载荷 接口提供了预置特征用于模拟航天器上的辐射载荷，专用于绕地球运行的卫星受到的太阳和地球辐射。您可以使用此特征来包含航天器的辐射属性、轨道和方向、轨道机动和行星属性，经过计算并生成结果后，可以显示直接太阳辐射、反照率和行星红外通量，以及航天器不同部件之间的辐射传热。通过将此接口与传热接口结合使用，可以分析航天器固体部分的热传导情况。您可以在以下新模型中查看此特征的应用演示：

卫星绕地球的运行轨道模型，其中显示入射太阳辐射的大小。
卫星绕地球的运行轨道。轨道颜色表明卫星是否处于日食状态。航天器表面的颜色表示入射太阳辐射的大小。（地球图片来源：Visible Earth 和 NASA）

壳和域之间的热连接器

新的热连接 多物理场耦合用于定义两个温度场之间的连续性条件，分别由域传热接口和壳传热 接口进行计算。您可以在两个接口共享的边界，或者彼此相对的两个边界上设置此条件。连接器可用于通过边相互接触的壳、域界面共享的边界，或是域界面中面向其他边界的边界。这种多物理场耦合极大地简化了模型中域和壳接口之间的耦合。您可以在现有的叠片式散热器模型和以下新的教学案例中查看此特征的应用演示：

电路板模型，其中以 HeatCamera 颜色表显示叠片式散热器。
电路板（域）和叠片式散热器（壳）的温度场，其连续性条件由 热连接器特征设置。

表面对表面辐射模型的验证工具

新版本提供了辅助定义表面对表面辐射模型的新工具。在模型设置过程中，现在将会把发射辐射方向显示在图形 窗口中，用不透明度控制 选项和灰色表面模型的符号表示。出现意外配置时，会显示警告符号。此外，在角系数计算过程中，可以选择进行验证以检测不一致的拓扑结构。这些工具可以大幅降低出现错误模型定义的风险，对于大型和复杂的几何构型尤其如此。您可以在新的表面对表面辐射的拓扑验证模型和以下现有模型中查看这些更新：

紫色三维模型，其中红色箭头表示发射辐射方向。
模型几何图形，其中箭头表示发射辐射方向。感叹号（前面中间）表示未定义辐射方向的边界。

表面对表面辐射的功能改进

射线发射法已得到改进，现在即使采用粗化分辨率来计算角系数，也能检测到小表面。将该方法与分辨率自适应相结合，可以通过最佳射线数量来提高角系数精度。除此之外，对于所有角系数计算方法来说，用于定义变量和方程的表达式现在都已经过预处理，使其可读性得到了提高，并且在装配步骤中的计算速度也有所加快。以下模型演示了这些新的功能改进：

具有遮阳伞和两个保温箱的海滩模型。
模型中显示了海滩上的太阳热通量，其中有两个装有饮料罐的聚苯乙烯泡沫保温箱，并使用遮阳伞遮住其中一个保温箱，计算饮料罐随时间的温度变化。

注量率

在表面对表面辐射 接口中，现在可以添加注量率计算 节点，以选择必须计算注量率的域。注量率用于表示空间中的一个小物体所受到的辐射照射量（单位时间单位面积的辐射量）。比如，当您想要检查水净化反应器中的紫外线照射时，这个新特征非常有用。您可以在环形紫外反应器，透明水模型中查看这一新特征的功能演示。

以 Magma 颜色表显示的紫外反应器模型。
充满准透明水的紫外反应器中的注量率。

气候数据：ASHRAE 2021

用户可以从定义 > 共享属性 下的环境属性 节点定义温度、湿度、沉淀和太阳辐射等环境属性。例如，除了可以添加用户定义的气象数据以外，您还可以参考“美国采暖、制冷与空调工程师学会”(ASHRAE) 提供的手册，计算每月和每小时的平均环境变量测量值。ASHRAE 2021 手册中的气象数据已集成到 COMSOL Multiphysics® 中，其中包含来自全球 8500 多个气象站的环境数据。

您可以在以下现有模型中查看这一新特征的应用演示：

带有蓝色点虚线和绿色实线的一维绘图。
英国格拉斯哥的一个气象站在一年中最热的日子里的最高温度（蓝色表示 2013 年；绿色表示 2021 年）显示，2013 年以后，测得的温度有所上升。数据来自 ASHRAE 天气数据。

黏性耗散的热壁函数得到增强

非等温流动 耦合的传热湍流 设置中新增了热壁函数 设置，可用于雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 湍流模型。其中包含两个选项：标准，适用于大多数配置；壁上的高黏性耗散，可以分析边界层中的黏性耗散。在分析快速的内部流动时，尤其是在狭窄路径或流体非常黏稠的情况下，这是获得准确结果的必要选项。新的零压力梯度二维平板模型强调了这一新特征的优势。

二维绘图，其中以 HeatCamera 颜色表显示温度分布，并用白色箭头表明速度方向。
由靠近壁面的黏性耗散引起的温度分布（表面图）和速度方向（箭头）。绿色曲线表示边界层的极限 (99% U_inf)，青色曲线表示 x = 0.97 m 和 x = 1.9 m 处的速度剖面。

用于相变材料的用户定义相变函数

相变材料 特征中提供了用户定义 的相变函数，可以更准确地描述材料属性。借助此选项，您可以使用来自测量或材料数据库的准确相变描述。您可以在新的半无限土柱的相变 - Lunardini 解模型和以下现有模型中查看此更新：

包含三条实线的一维绘图，其中 y 轴显示温度。
最初冻结的域被加热一段时间的温度曲线。

吸湿性多孔介质中水分输送的附加特征

为了简化模型定义，新版本中更新了水分流动 多物理场耦合，以便在 Brinkman 方程 接口计算的质量平衡中考虑水分输送 接口计算的蒸发率变量。此外，开放边界 和流入 边界条件现在可应用到与吸湿性多孔介质 处于活动状态的域相邻的外部边界。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本的“传热模块”引入了多个新的教学案例。

轨道计算

卫星绕地球的运行轨道模型，其中显示入射太阳辐射的大小。
一颗 1U 的立方体卫星在 400 km 高度的轨道和入射辐射，倾角为 50°，升交点经度为 0°。黑色的轨道轨迹表示日食。本例计算了来自所有环境源的总辐射和辐射载荷。

“案例库”标题：
orbit_calculation
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轨道热载荷

以 Rainbow 颜色表显示的卫星绕地球的运行轨道模型。
航天器轨道和入射辐射。地球表面的颜色表示反照率的大小。在轨卫星会承受太阳、反照率和行星红外 (IR) 载荷，其中反照率和行星红外会随纬度和经度发生变化。本例在多个轨道上计算卫星上的总辐射和通量。

“案例库”标题：
orbit_thermal_ loads
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航天器热分析

电路板模型，其中以 HeatCamera 颜色表显示温度分布。
带有电子元件的卫星电路板的温度分布。本例在 轨道热载荷研究中预先计算直接太阳辐射、反照率和地球红外热负荷，然后在 轨道温度研究的多个轨道周期中重用这些数据。

“案例库”标题：
spacecraft_thermal_analysis
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板翅式换热器

换热器模型，其中以 HeatCamera 颜色表显示油的流动和温度。
板翅式换热器中的油流动和翅片温度。为了最大限度地提高传热效率，换热器由多孔铝基体制成，其中有热油流动。热量通过与多孔基体接触的铝翅片进行传导。这些翅片作为薄层进行建模，也就是说，它们的厚度没有绘制在几何图形中，但传热模型考虑了这一点。

“案例库”标题：
plate_fin_heat_exchanger
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零压力梯度二维平板

二维绘图，其中以 HeatCamera 颜色表显示温度分布，并用白色箭头表明速度方向。
“零压力梯度二维平板”模型的温度分布（表面图）和速度方向（箭头），显示了湍流模型的特性以及边界层中的壁函数。

“案例库”标题：
zero_pressure_gradient_2d_flat_plate
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环形紫外反应器，光学透明水

以 Magma 颜色表显示的紫外反应器模型。
充满准透明水的紫外反应器中的注量率，其中包含一个围绕圆柱形灯的环形流体区域。

“案例库”标题：
annular_ultraviolet_reactor_optically_transparent_water
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热连接器教学案例

两个连接器模型，其中以 HeatCamera 颜色表显示温度场。
两个相似结构中温度场的比较图。底部结构在一个由不同的域组成的经典几何中计算，顶部结构作为域和壳的组合（使用 热连接器耦合连接）进行计算。

“案例库”标题：
thermal_connection_edges
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thermal_connection_facing_boundary
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thermal_connection_shared_boundaries
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表面对表面辐射的拓扑验证

带有红色箭头和三个警告符号的紫色几何模型。
在用户界面上自动检测可疑的辐射方向定义。警告符号表示已识别出辐射设置不一致的边界。

“案例库”标题：
topology_verification_nonradiating
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