计算空间和时间积分
在 COMSOL Multiphysics® 中,您能够通过多种不同的方法计算空间和时间积分,既可以单纯用于结果计算,也可以为您的模型引入反馈,本文将介绍这些计算方法。请阅读本文,学习如何计算空间或时间上的积分,以及如何在求解模型过程中使用这些积分的结果。
空间积分
最常规的计算积分的方法是在模型树的 定义 分支下添加一个 积分 组件耦合。这个特征会添加一个可以被当作函数在模型中任意调用的算子名称(intop1)。该算子可以定义很多不同的变量,如下面的截图所示。需要注意的是,(对于三维模型)域上的积分 1相当于计算该域的体积,边界上的积分 1 相当于计算表面积,沿边的积分 1 相当于计算长度。如果在计算求解后才添加组件耦合,那么必须在算子名称被用于结果计算前,点击 研究 节点中的 更新解 按钮。
如果您只想对一个量进行积分,使用 探针 可能比使用组件耦合更方便,二者的设置略有不同,探针的结果会自动绘制。每个探针定义一个唯一的变量名,可在模型的其他操作中任意使用。对于瞬态模型,软件默认将对求解器采用的所有时间步长绘制探针。
如果您只是想计算积分,而不在模型中使用积分的结果,那么请在 派生值 节点下添加 积分 特征,如下图所示。
通过 结果 节点下的 派生值 节点进行积分。
时间积分
对于大多数 派生值 节点,您都可以在 设置 窗口中找到控制积分设置的选项。对于瞬态解,选择 积分 特征可以对结果在时间上进行积分;对于参数解,选择 积分 特征可以对参数进行积分。此外,选择 求和 特征可以对每个时间步长或参数值的结果求和。
A screenshot of the Model Builder; Point Evaluation Settings window with the Data, Selection, Expression, Summation, and Data Series Operation sections expanded; and the Graphics window with a gray circle that has 4 blue points.大多数 派生值 节点的 设置 窗口中都有积分和求和选项,可通过 方法 下拉菜单进行选择。
您还可以在任何结果求值中使用 timeint 算子。例如,可以使用 timeint(1,2,T) 来计算表达式 T 在 1-2 s 内的积分。 还可以在 timeint 算子中调用积分算子。有关 timeint 算子的更多介绍,请参阅 COMSOL Multiphysics 软件的 Reference Manual 中的 Built-in Operators 章节。
另一方面,如果您想在模型中使用时间积分的结果,可以添加 域、边界、边、点 或 全局常微分方程和微分代数方程 接口。例如,假设您通过 全局变量 定义了归一化高斯函数:
G = exp(-((t-0.5[s])/(0.1[s]*sqrt(2)))^2)/(0.1[s]*sqrt(2*pi))
如果您想获取该变量的时间积分,可以通过 全局常微分方程和微分代数方程 接口实现,如下图所示。定义一个存储时间积分的变量名称 TimeInt ,将方程定义为 d(TimeInt,t)-G ,即 TimeInt 的时间导数等于 G. 这个方程是从初始值 TimeInt=0 开始求解的,因此它计算的是表达式 G 从 t=0 到当前时间的积分。请注意,您可以对空间积分的结果进行时间积分,就比如表达式 G 可以用一个积分算子代替。
A screenshot of the Global Equation Settings window, with the Global Equations and Units sections expanded.
通过全局方程计算时间积分。
拓展学习
有关在 COMSOL Multiphysics® 中进行空间和时间积分的更多信息,请参阅 COMSOL 博客 空间与时间的积分方法概述。这篇博客用一个二维传热问题作为示例进行了说明,并在文末提供了几个计算时间和空间积分的案例模型链接,所有这些案例都可在 COMSOL 案例库中找到。
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