某些 AC/DC 接口新增“自由空间”工作流程

问题描述

在 COMSOL Multiphysics 6.2 或更高版本中新建磁场模型时，如果仍沿用 COMSOL Multiphysics 6.1 或更早版本的建模流程，可能会发现仿真结果发生了变化，甚至某些域中指派的材料属性似乎“失效”了。为什么会发生这种情况？应该如何解决？

解决方法

新的工作流程及其逻辑

从 COMSOL Multiphysics 6.2 开始，磁场接口引入了默认的自由空间特征，用于表示所研究的设备周围自由空间（通常为空气或真空）的物理条件，其中定义了自由空间的电磁材料属性，以替代材料节点提供的所有属性。

自由空间特征构建了一个基础框架。在此基础上，您可以添加其他特征，例如，流体中的安培定律、固体中的安培定律、磁体、无源导体、叠片铁芯以及线圈。对于任何希望采用不同于自由空间材料属性的域，都必须应用上述特征之一。此外，部分特征还支持指定激励源（例如，流经线圈的电流）。

大多数使用磁场接口的示例模型都演示了这一工作流程，例如，这个示例模型。接下来的两节内容将进一步讨论使用自由空间特征的额外优势，以及固体中的安培定律与流体中的安培定律之间的区别。

自由空间与稳定电导率

自由空间特征实现了一种由稳定电导率下拉菜单控制的电导率机制。在三维模型中，该选项默认设置为自动，可为频域和瞬态仿真提供稳定电导率。其定义原理是：使自由空间中的趋肤深度达到几何边框对角线长度的 100 倍以上。这种极小的电导率对结果保真度的影响几乎可以忽略不计，但能够显著提升求解器的可靠性和计算速度。

此外，模块也提供了用户定义的选项，支持手动调节稳定性参数。而在二维模型中，稳定电导率默认处于关闭状态，通常无需开启。更多信息及详细说明请参见相关文档。

“固体中的安培定律”与“流体中的安培定律”的区别

新的工作流程引入了两种安培定律：固体中的安培定律和流体中的安培定律。二者决定了材料在发生机械变形时的行为模式，以及材料属性的解释方式。当模型中存在动网格和/或固体力学接口与磁场问题耦合时，这一区别尤为重要。

固体中的安培定律特征适用于固体材料，其材料属性在变形过程中会受到影响（例如，依赖于材料应变或材料方向）。磁体、无源导体和叠片铁芯等特征也遵循固体的行为模式。流体中的安培定律特征则适用于非固体材料，其属性可视为与变形无关。

更多信息请参阅相关文档。

注：在 COMSOL Multiphysics 6.1 及更早版本中，固体与流体材料的区分是在安培定律节点中通过材料类型设置中的固体/非固体进行控制。在较新版本中，这一逻辑仍保留在线圈特征中。

图中展示了三相电力变压器模型中默认的自由空间特征及其稳定性选项。请注意，模型树中还添加了固体中的安培定律以及多个线圈节点。

其他 AC/DC 接口中的“自由空间”特征

从 COMSOL Multiphysics 6.3 版本开始，静电、磁场和电场以及磁场，仅电流接口也引入了类似的工作流程。这些接口采用了与前一版本一致的设计理念和逻辑流程，确保了操作体验的统一性。

注：磁场和电场接口中的自由空间特征自带内置的稳定电导率选项，与磁场接口所用的不同。默认情况下，该选项会施加 1 S/m 的电导率，以防止稳态和瞬态研究出现奇异问题。而在使用该接口进行频域研究时，通常无需设置任何稳定电导率。

向后兼容性

对于使用旧版工作流程创建并保存的模型，在当前版本的 COMSOL 图形用户界面 (GUI) 中打开时，将保留原有的安培定律节点。如有需要，用户仍可手动添加自由空间特征。

请注意：新的工作流程可能会影响 API 支持层面的向后兼容性。使用旧版 COMSOL 保存的模型方法、Java® 代码及 MATLAB® 代码，都可能需要进行相应的修改才能正常运行。具体操作建议请参考相关文档。

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