COMSOL Multiphysics模拟流体动力学邮箱的晃动
COMSOL Multiphysics
COMSOL Multi-physics有限元法多物理场建模与分析COMSOL Multiphysics为COMSOL公司其旗舰产品。
COMSOL Multiphysics 起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。
后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。
COMSOL公司是全球多物理场建模与仿真解决方案的提倡者和领导者，使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。
它有无与伦比的能力，使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。
COMSOL的用户利用它提高了手机的接收性能，利用它改进医疗设备的性能并提供更准确的诊断，利用它使汽车和飞机变得更加安全和节能，利用它寻找新能源，利用它探索宇宙，甚至利用它去培养下一代的科学家。
从3.2a的版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics，因为COMSOL 公司除了Femlab外又推出了COMSOL Script和COMSOL Reaction Engineering 等一系列相关软件。
这两款软件也相当于Femlab的工具箱，也是为了满足科研人员更高的要求。
如在COMSOL Script中，你可以自己编程得到自己想要的模型并求解；你也可以通过编程在COMSOL Multiphysics基础上开发新的适用本专业的软件，也就是一个二次开发工具。
所以COMSOL只是个公司名，软件名应该是COMSOL Multiphysics，但由于现在大家都习惯了，也就不再计较这些了。
Multiphysics翻译为多物理场，因此这个软件的优势就在于多物理场耦合方面。
多物理场的本质就是偏微分方程组（PDEs），所以只要是可以用偏微分方程组描述的物理现像，COMSOL Multiphysics都能够很好的计算、模拟、仿真。
2006年COMSOL Multiphysics再次被NASA技术杂志选为"本年度最佳上榜产品"，NASA技术杂志主编点评到，"当选为 NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品。
油箱晃动噪声分析
燃油箱晃动噪声分析一、简介车辆在行驶过程中，受不平路面颠簸的影响，或者车辆突然加速或减速会引起油箱中的燃油晃动。
液体运动撞击油箱壳体，导致其振动和向油箱周围辐射声能，从而引起咣咣的噪音（sloshing noise）。
使用MSC Dytran，Nastran和Actran软件可以有效地模拟这种工况，为油箱的优化设计提供指导和建议。
二、分析流程三、计算过程和结果1)油液的晃动分析使用Dytran模拟油液在油箱中的晃动，得到油箱表面随时间变化的压力结果，作为后续Nastran进行油箱振动分析的输入。
计算模型信息如下：•Tank Model–Rigid–Element 11833 ,Node 11334•Fuel–Volume coefficient of elasticity 2.2e-5 GPa,–Density 1e-6 kg/mm3–Element 91264 ,Node 98280计算结果如下图所示。
其中粉色部分数据是输出给Nastran计算。
Pressure2)油箱振动分析将Dytran计算生成的油液压力作为Nastran动响应输入，进行油箱的瞬态响应计算。
计算模型信息如下：–Tank•Element 5139 ,Node 4955•Young Modulus 10.0GPa•Damping Ratio 0.01–Fuel•Virtual Mass–Calculation Condition•Time Domain (1msec, 600Steps)约束和载荷施加位置如下图。
下图显示不同燃油容积的状态。
3)油箱的辐射噪声分析使用Actran进行辐射噪声计算，输入就是Nastran瞬态响应的计算结果。
声学模型的计算条件如下：–M esh size designed for 800Hz–M icrophones at 3 Points（见下图）–T ime Step = 1ms; 600 steps计算结果如下。
COMSOL_CFD_流体分析技术介绍
• 内建摩擦系数相关效应
– 自动适配层流或湍流模型 – 牛顿或非牛顿流体 （含Bingham plastic流动） – 支持多种管道截面 – 内建多种配件、阀门、泵的模型可供选择
• 管道与3D结构耦合
Cooling of a plastic mold of a steering wheel – including pipe flow in cooling channels.
Startup of a fluidized bed modeled using the Euler-Euler Model Interface
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
分离流动
• 精确追踪相界面
– 气泡或者液滴的形成、摇晃的水槽 – 油／水／气混合分离流动
• 流体微团 • 分子自由程<<流体微团尺度<<特征尺度 • N-S方程
– 连续性方程（质量守恒） – 运动方程
– 本构方程
• 牛顿流 • 非牛顿流（幂律定律、卡拉雷定律）
典型不满足连续介质假设 • 稀薄气体 • 高超飞行器
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
Simulating inspires innovation
CFD模块的单相流动
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
单相流－层流
• 层流
– 可用于不可压缩或者可压缩流体 – 流体马赫数小于等于0.3
• 非牛顿流体
– – – – 幂律定律（Power law） 卡拉雷定律（Carreau） 支持用户完全自定义本构 流体黏度具有记忆性 • 通用Maxwell • Oldroyd-B model
COMSOLMultiphysics化学反应工程模块介绍
COMSOLMultiphysics化学反应⼯程模块介绍COMSOL Multiphysics 化学反应⼯程模块介绍化学反应⼯程模块是为了研究包含了物质和能量运移的反应系统⽽量⾝定做的。
从空间独⽴模型开始，模块中有专门的⼯具，⽤于实验室和台架规模典型控制条件下的动⼒学研究。
为了对实际操作条件进⾏模拟，模型中考虑了空间变量对于化学物质成分和温度的影响。
该模块⾯可⽤于包括分析仪器⽤传感器的设计、汽车尾⽓催化剂和过滤器系统的设计、消费品的研发和⽣产⼯业设计、以及精细和特种化学品、药品、和散装化学品的处理等领域。
在COMSOL Multiphysics V4.0a中，化⼯模块和反应⼯程实验室已经被化学反应⼯程模块所替代。
应⽤领域：分析化学和法医学间歇式反应器，发酵槽和结晶器⽣物化学和⾷品科学催化燃烧及其改良化学反应器尺⼨及其优化⾊谱和电泳腐蚀旋流器，分离器，洗涤器和沥滤装置环境和⼤⽓化学废⽓后处理和排放操纵装置过滤和沉降燃料电池和电池组热交换器和混合器均匀和⾮均匀两相流-乳状液，悬浮液，⽓泡柱和喷射均匀和⾮均匀催化⼯业化学与技术化学反应器中的动⼒学模型材料与固态化学微流和芯⽚实验室设备多组分传递和膜传递填充床反应器⽯油化⼯和催化裂解药物合成活塞流和管状反应器聚合过程和⾮⽜顿流体动⼒学聚合动⼒学和制造预燃室和内燃机催化重整转化器半导体制造和CVD表⾯化学动⼒学和吸收搅拌器：对两种不同的溶液进⾏混合燃料电池堆：燃料电池堆流道中的压⼒分布和速度场模拟流体流经微通道的流线和浓度分布，流体包含受交流电场影响的电解质燃料电池：氧⽓和燃料的浓度分布情况模拟多相流模拟：⽓泡从充满⽔的反应器的底部进⼊污⽔处理装置⾷品⼯程：热敏感物质的冷冻⼲燥过程模拟。
COMSOL_Multiphysics(FEMLAB)简介
一、简介
COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）是一个专业有限 元数值分析软件包，是对基于偏微分方程的多物理场模 型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统。它为所 有科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一种 崭新的技术！
二维应用： •平面应力； •平面应变； •厚板分析； •轴对称； •欧拉梁；
三维分析： •固体； •欧拉梁；
•壳体；
在所有这些分析中，用户可以直接输入材料性质，也可以通过内嵌材料 库方便快捷地调用它们。同时，定义正交各向异性和完全各向异性材料 性质也是相当方便的。材料的性质可以是任意空间、时间或者其它变量 的函数。
结构力学模块的新特征：
¾塑性和非线性材料模型 ¾正交各向异性和完全各向异性材料 ¾粘弹性、粘塑性和类橡胶材料的大变形分析 ¾不同材料的局部坐标系统 ¾考虑模型初始应力和应变的模型 ¾多物理场中塑性求解运算和非线性材料模型
2. 热传模块
COMSOL Multiphysics的热传模块能解决的问题包括传导、辐射和对 流的任意组合。建模界面的种类包括面－面辐射、非等温流动、活性组 织内的热传导、以及薄层和壳中的热传导等。
3. 地球科学模块
COMSOL Multiphysics的地球科学模块包含了大量针对地下水流的简 易模型界面。这些界面允许快速、便捷地使用描述多孔介质流体的 Richards方程、Darcy定律、Darcy定律的Brinkman扩展，以及自由 流体中的Navier-Stokes方程。此外，该模块还处理了多孔介质中的热 量传输和溶质反应，模型库中几乎囊括了从多孔介质中油和气体的流动 到地下水流中的分布。
对于非均匀材料系统的热传导和对流问题可计算有效性质的材料表格作为放射性热源刻画等温线的界面可以添加热量耗散的选项其结果来自于孔内的流速和固体岔路的流体分叉对于开放式系统和多孔介质中流体流动的分析对于不同饱和程度的多孔介质使用已知的分析公式对实验数据进行差值并输入任意表达式以估测非线性的保持力和渗透性对于可流动和不可流动区域介质内流体建模的辅助系数例如化学传输性质的边边输入从计算结果中评估溶质的运动可预定以水动力耗散张量描述流量边界条件在点和边上设定时间控制的约束条件和流量从环境流体分析到石油工程研究领域的案例模型在comsolmultiphysics中问题的函数化包括非限制的多物理场耦合控制方程和定义材料属性的表达式
COMSOL Multiphysics CFD模块介绍
COMSOL Multiphysics CFD模块介绍
计算流体力学(CFD)模块是COMSOL产品套件中对于复杂流体模拟的首选工具。
利用先进的湍流模型我们可以仿真可压缩流体和不可压缩流体的自然对流或强迫对流。
CFD模块的一个重要特性便是它能够精确地模拟多物理场流，比如非等温流的共轭热传，流构耦合，伴有粘性加热的非牛顿流，和粘度伴随浓度变化的流体。
多孔介质流接口能够实现各向同性，各向异性介质，以及自动结合自由流和多孔区域的模拟。
此外还可以实现对搅拌容器的旋转构件的二维和三维流体模拟。
针对均质两相流的模块接口包括了一个由细悬浮颗粒流和宏观尺寸气泡流的泡状流组成的混合模型。
对于跟踪两相流界面，我们提供了水平集和相场两种解决方法。
CFD模块中有针对先进传输和反应流体模拟提供了结合化学反应工程模块时自动扩展的工具。
对于流构耦合，可以利用结合结构力学模块和CFD模块来解决弹性固液耦合，以及流润滑和流体弹性力学。
应用领域：
•共轭传热
•旋风分离器,过滤器和分离装置
•电子冷却
•风扇，格栅和泵
•车辆和结构的外部绕流
•管道，阀门，接口和喷嘴内的流体
•流化床和喷剂
•流构耦合(FSI)
•气泡流
•热交换和散热凸缘
•润滑和流体弹性力学
•医药/生物物理应用，如血管血流问题
•混合器和搅拌容器
•非等温流
•非牛顿流
•聚合物流和粘弹性流
•多孔介质流
•沉淀，乳液和悬浮液
•湍流。
【多相流计算】06：油箱晃动
【多相流计算】06：油箱晃动本案例演示利用Fluent中的VOF模型仿真计算密闭油箱晃动过程中的自由液面问题。
1案例描述汽车在颠簸的道路上行驶时，在变加速度作用下，可能会导致油箱内液面晃动。
当晃动极为剧烈时，甚至会造成油泵无法吸取燃油，因此需要利用CFD研究油箱在晃动过程中液面分布情况。
为简化计算，本案例采用2D模型，3D模型的仿真思路及设置过程与此完全相同。
计算域几何如图所示。
对于油箱晃动过程，在Fluent中有两种方式进行解决：•指定加速度。
Fluent中可以指定流体运动加速度，并将加速度以体积力的形式施加到计算域中的流体上。
然而Fluent并没有提供变加速度的直接添加，若要计算变加速度情况，则需要手工分段计算。
•指定计算域速度。
将加速度或位移数据转化为速度添加到计算域上。
可以通过DEFINE_ZONE_MOTION宏或PROFILE文件的方式进行指定。
此方式要比加速度方式更加灵活。
本案例假设计算区域的运动速度为：2模型及网格案例模型极为简单，在SCDM中创建0.6x0.3m的矩形平面，采用网格尺寸0.003m，在ICEM CFD中生成网格，共生成20000个四边形网格。
3准备UDF利用UDF宏DEFINE_ZONE_MOTION指定区域运动。
该UDF宏可以以编译或解释的方式加载。
4Fluent设置•以2D、Double Precision方式启动Fluent，导入网格文件4.1 General设置•双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient及Gravity，设置重力加速度为Y方向-9.81 m/s24.2 Models设置•鼠标双击模型树节点Models > Multiphase，弹出的对话框中激活选项Volume of Fluid•激活选项Implicit Body Force，其他参数设置如下图所示•右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型4.3 Materials设置添加材料water-liquid，采用默认材料参数。
COMSOL Multiphysics 微流模块介绍
COMSOL Multiphysics 微流模块介绍
微流模块是研究微流体设备和稀薄气体流动的简单易用的工具。
该模块有很多重要的仿真应用，比如芯片实验室设备，数字化微流体，电动和磁动设备，喷墨打印机，以及真空系统等模拟。
除了拥有单向流的强化接口，微流体模块的用户还将有采用水平集，相场和移动网格法的两相流专用接口。
每个接口都可用于计算表面张力，毛细作用和马兰哥尼效应。
COMSOL的通用多物理特性使其对于电动和磁动的耦合模拟设置更加简便，包括了电泳，磁泳，介电泳，电渗和电湿润等模拟。
对于芯片实验室设备的过程模拟，也能通过模块中的稀物质接口来实现其化学扩散和反应。
而对于稀薄气体流，你能使用特殊的边界条件来激活滑移流区域中的流体模拟。
此外，我们还加入了一个全新的使用快速角系数法的自由分子流接口来模拟当分子平均自由程远大于几何尺寸的情况。
配合COMSOL为工业标准CAD软件包设计的LiveLink接口，这个工具对于真空系统的设计是极其有价值的，特别是能够实现对于泵腔几何和配置的快速参数化计算。
应用领域：
•毛细力
•化学和生化传感器
•介电泳(DEP)
•DNA芯片和芯片实验室
•电凝聚
•电动流
•电渗
•电泳
•电湿润
•流固耦合(FSI)*
•喷墨打印机
•磁泳
•马兰哥尼效应
•微反应器，微泵，微混合器•分子流
•多孔介质流
•稀薄气体流
•静态混合器
•表面张力效应
•两相流
•真空系统。
燃油箱燃油晃动数值模拟及分析
燃油箱燃油晃动数值模拟及分析[邹萍萍，叶鑫，陈学宏][亚普汽车部件股份有限公司，225009][ 摘要] 燃油系统是汽车至关重要的部件之一，它关系到每个乘客的生命安全。
在刹车和启动过程中，燃油对油箱壁撞击所产生的压力影响到整个燃油系统的稳定性，压力变化引起的振动噪声也是衡量整车舒适性的重要指标之一。
因此，燃油晃动一直是燃油系统开发过程中需要研究的重点和难点问题。
本文基于N-S控制方程，运用VOF方法对某型号燃油箱进行了刹车过程中的燃油晃动模拟，得到了燃油晃动过程中油箱壁的压力分布和压力变化，为燃油系统的开发和优化提供了指导和理论依据。
[ 关键词]塑料燃油箱，数值模拟，CFD，晃动Plastic Fuel Tank Sloshing Numerical Simulation andAnalysis[Zou Pingping, Ye Xin, Chen Xuehong][Yapp Automotive Parts Co.,Ltd., 225009][ Abstract ] The fuel system as one of the essential parts of the vehicle, is related to the safety of every passenger. During the brake and start, the pressure generated by the fuel crashing tank wallaffect the stability of the entire fuel system. The vibration and noise caused by the pressurefluctuation is also an important indicator to measure the vehicle comfort. It has beenessential and difficult to study the fuel sloshing in the fuel system developing process. In thispaper, a fuel tank sloshing was simulated under the braking process using the VOF methodbased on the N-S control equation, capturing pressure distribution of the tank wall, providinga certain guidance and theoretical basis for the development and optimization of the fuelsystem.[ Keyword ] Plastic fuel tank, Numerical simulation, CFD, Sloshing.1前言当前，随着汽车工业的发展和国内汽车工业的振兴，各大汽车生产企业对汽车燃油箱的需求呈明显增长趋势。
comsol流体动力学模型(油箱的晃动)
流体动力学模型：油箱的晃动模型背景本案例模型表明COMSOL Multiphysics 软件可以借助移动网格技术来仿真动态自由表面流动。
模型使用不可压缩Navier-Stokes 方程来模拟液体的流动。
矩形油箱内的液体（甘油）原本处于静止状态。
运动由来回摆动的重力矢量来驱动，重力矢量的最大摆动角度为 4。
由于液体的表面没有约束，该模型为一个不规范的计算问题。
然而，ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)技术可以很好的解决这类问题。
不仅仅是可以方便的在COMSOL Multiphysics 中建立移动网格（ALE ）应用模式，而且在移动网格求解域边界，它代表了自由的边界条件。
这也允许更加精确的估计边界条件特性，比如曲率，也使得表面张量分析成为可能。
本实例忽略了表面张量的影响。
模型几何、控制方程及边界条件本模型使用不可压缩Navier-Stokes 方程式来描述流体动力特性：()()()F u u I u u t u T=∇+∇+-⋅∇-∇⋅+∂∂ηρρρ0=⋅∇u()()()()ft g F ft g F y x πφρπφρ2sin cos 2sin sin max max -==其中 Hz f s m g 1,180/4,/81.9max 2===πφ移动网格为了能够用动网格来跟随模拟运动的流体，必须将移动网格耦合到流体表面的法线上去。
结果是，对于这种自由表面运动，不能将移动网格耦合到流体运动的切线方向。
如果这样做网格会变形过度从而导致问题不再收敛。
自由表面的网格等式边界条件在这种条件下可写为：()y x T t t ⋅=⋅, ( 即u*nx+v*ny)其中n 表示边界的法向矢量，()Tt t y x ,表示网格的移动速度VariablesName Expression Unitphi phi_max*sin(2*pi*freq*t) radgrav_x g*sin(phi)grav_y -g*cos(phi)分析结果要求：在t=1s，t=1.2s,t=1.4s,t=1.6s时的速度场分布情况。
COMSOL Multiphysics 多孔介质流模块介绍
COMSOL Multiphysics 多孔介质流模块介绍
多孔介质流模块是被设计用于研究地球物理和环境现象的模块，如地下水流动，土壤中的污染物运移，以及多孔介质中的石油和天然气的流动等。
其中的理查兹方程接口能够用来描述在变饱和多孔介质中的非线性流，同时伴有饱和多孔介质的选项，包括对于慢速流的达西定律接口和不可忽略剪应力的布林克曼方程接口。
此外，还能够简便的合并自由纳维尔斯托克斯层流和多孔介质，甚至还包括薄裂痕中的流态。
该模型还能处理对于自由流，饱和流和变饱和流在固相、液相和气相中的溶质传输，也包括了在薄裂痕中的传输。
对于热传的模拟，地热和对于多件系统的有效热性能的自动计算都是可以实现的。
对压实和沉降的模拟壳通过功能强大的孔隙弹性接口来实现。
对于地球物理和环境的应用的多物理场模拟，该模块能够跟COMSOL Multiphysics中的其他物理接口进行任意耦合，比如化学反应动力学接口和电磁学接口。
应用领域：
•江口、河口和水滨分析——流动、水平对流和扩散
•气体贮存、补充和螯合作用。
•基于磁流体动力学的岩浆流动
•多孔介质和纤维性材料的机械和重力脱水
•石油提取分析
•在地下、地表和大气中的污染物质扩散分析
•饱和/和非饱和多孔介质流体分析
•浅水流动和河流泥沙运动
•多孔介质中的单相、多相泡沫流
•地下水位分析和盐湖入侵地下水分析
•多孔弹性基础上波的传播和流动
•水源分析
多种地球物理现象的耦合——火山内部电场、磁场、流体流动耦合分析
微尺度多空介质流
达西浮力流
多分支井故障分析
裂缝流。
功能强大的多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics
全球第一款真正的多物理场耦合分析软件——COMSOL MultiphysicsCOMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，它是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。
用数学方法求解真实世界的物理现象，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。
COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。
后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab 3.1。
从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics，目前最新版本为2008年发布的3.5a。
到现在，COMSOL Multiphysics 已经成为一套很完善的通用数值分析软件，下图是软件的整体构架：COMSOL Multiphysics软件设计理念独特，她抛弃了传统意义上的单元（库）的概念，抛弃了网格划分时单个单元刚度矩阵的概念，将多个偏微分方程（组）直接组装成一个总的刚度矩阵。
这样出现的结果即是，不管求解多少个物理场，我们只需选择对应的偏微分方程进行任意组合，软件自动联立求解，实现任意多物理场、直接、双向实时耦合。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysics已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500强企业中，COMSOL Multiphysics被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。
Comsol软件介绍.docx
我不是做广告的啊COMSOL介绍COMSOL Multiphysics多物理关注前沿科技，解决多场直接耦合难题——COMSOL Multiphysics助您登上科学的巅峰COMSOL Multiphysics 是一款大型的高级数值仿真软件。
广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。
模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics 以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
COMSOL公司于 1986 年在瑞典成立，目前已在全球多个国家和地区成立分公司及办事机构。
COMSOL Multiphysics 起源于 MATLAB 的 Toolbox，最初命名为Toolbox 。
后来改名为Femlab （FEM 为有限元， LAB 是取自于 Matlab ），这个名字也一直沿用到Femlab 。
从 2003 年版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。
COMSOL Multiphysics 以其独特的软件设计理念，成功地实现了任意多物理场、直接、双向实时耦合，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysic 已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500 强企业中， COMSOL Multiphysic 被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。
2006 年 COMSOL Multiphysics 再次被 NASA 技术杂志选为 " 本年度最佳上榜产品" ， NASA技术杂志主编点评到，" 当选为NASA 科学家所选出的年度最佳CAE 产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics 是对工程领域最有价值和意义的产品。
"COMSOL Multiphysics 显著特点求解多场问题= 求解方程组，用户只需选择或者自定义不同专业的偏微分方程进行任意组合便可轻松实现多物理场的直接耦合分析。
COMSOL_Multiphysics(FEMLAB)简介
热传递模块的新特征:
¾基于放射原理的面－面辐射 ¾对于自然对流和热膨胀的非等温流动 ¾有任意流速的流动边界条件以描述风扇的运作 ¾带有低和高传导率的薄层和壳中的热传递 ¾对于组织与生热现象之间相互作用的生物热力学方程，如电磁场领域 ¾热传递过程的后处理 ¾可以处理任意热传递过程的高度灵活性和广泛适用性 ¾平面外热传递边界条件 ¾各向异性热传导率 ¾从电子、热处理和加工过程中的热分析领域到医疗技术和生物工程的20个 精简模型 ¾COMSOL Multiphysics中的所有功能，尤其是其中无限制的多物理场耦合 功能
二维应用： •平面应力； •平面应变； •厚板分析； •轴对称； •欧拉梁；
三维分析： •固体； •欧拉梁；
•壳体；
在所有这些分析中，用户可以直接输入材料性质，也可以通过内嵌材料 库方便快捷地调用它们。同时，定义正交各向异性和完全各向异性材料 性质也是相当方便的。材料的性质可以是任意空间、时间或者其它变量 的函数。
用户也可以在COMSOL Multiphysics软件中引入其它软件创建的模型。 COMSOL Multiphysics软件的模型导入和修补功能可以支持DXF格式 （用于二维）和IGES格式（用于三维）的文件。也可以导入二维的 JPG、TIF和BMP文件并把它们转化成为COMSOL Multiphysics的几何 模型，对于三维结构也同样如此，甚至可以支持三维MRI（磁共振数 据）数据。
• 基于公式的建模 • 基于应用的建模
– 不同领域的应用模块 – 预置的物理模式 • 多物理场建模 – 任意耦合 – 界面中定义单独的物理场，后台自动生成耦合矩阵
comsol软件教程
comsol软件教程COMSOL一款用于多物理场的工程模拟的软件，它可以有效地实现电磁场、流体动力学、热学传输、声学、结构力学以及多物理场耦合的模拟，既可以灵活地用于产品开发过程，也可用于研究、教学以及一些重要的实验室试验。
COMSOL Multiphysics第一款集成了各种物理学的多物理场软件，它结合了用户友好的界面，能够极大的减少开发时间，并且能够有效的提高产品设计的质量。
COMSOL Multiphysics有以下特点：1、它可以让用户灵活地将各种物理学模型结合在一起，变得更加灵活；2、它能够支持多种参数，包括数值、离散等，可以让用户更有效的实现物理模拟；3、它还可以支持各种多媒体模型，可以实现跨物理场和各种多媒体环境的动态计算；4、它具有丰富的材料库，能够满足用户的多种需求；5、它的编程语言可以让用户更好的定制复杂的模型，实现物理模拟的灵活性。
第一章 COMSOL Multiphysics安装1.1 下载用户可以前往 COMSOL Multiphysics方网站，在“资源”栏目下下载 COMSOL Multiphysics件，然后根据指示进行安装。
1.2装1.2.1 下载完成后，双击 COMSOL Multiphysics安装文件，在提示的对话框中输入注册码，然后点击“开始安装”，开始安装过程；1.2.2装的过程会提示用户安装 COMSOL Multiphysics模块，根据需要，用户可以选择要安装的模块，然后再同意用户许可协议；1.2.3装完成后，将会提示用户安装其他软件，如果用户需要安装，可以在此处按照提示进行安装；1.2.4装完成后，会提示用户运行 COMSOL Multiphysics，选择“是”，即可开始使用 COMSOL Multiphysics。
第二章 COMSOL Multiphysics使用2.1型创建COMSOL Multiphysics动后，点击新建”按钮，可以新建一个物理模型。
飞机油箱晃荡CFD仿真分析FLOW-3D解决方案
案例6：晃荡结构强度校核
• 某水箱晃动分析及结构强度校核
箱体内表面压力分布
力分布
箱体变形分布
箱体应
案例7：液态氧燃料贮箱晃荡
• 动画说明在液态氧燃料箱内无约束晃动的危害性。模拟显示液氧在 0.1g微重力和3Hz频率激励下储箱无约束晃动行为。储箱是一个10米 长+直径为5米形状。FLOW-3D 独有的TruVOF技术可以准确捕捉瞬态行 为。颜色标尺表示每个控制体积的速度大小。
Dr C.W. Hirt
TruVOF自由液面
• 自由液面的定义 • 液/气交界面 • 气体的压力梯度很小 • 液体的密度比非常大
• 1975 年，Dr. Hirt & Dr. Nichols 发表 VOF 技术，随后进行了改进，称之 为TruVOF技术
• 定义流体的液面动作状态 • 追踪流体液面流动时的变化 • 定义流体流动时的边界条件设定
6自由度运动。无需额外编程即可方便地描述物体的6自由度运动。 • 非惯性坐标系模型：可使计算域大大降低，无需动网格技术。晃荡激励加载十分便捷，
无需编程或二次开发。 • 带电流动模型：可模拟晃动产生的燃料中电荷的分布和传递。 • 与结构分析软件、声学分析软件的接口，便于开展后续结构响应分析及声学分析。 • 专业的后处理模块，强大的后处理功能，便于展示及分析相关晃荡分析结果。
t=80 s
大纲
背景与需求分析 基于FLOW-3D的晃荡研究分析方案简介 晃荡应用实例
价值与优势小结
价值与优势小结
• 采用FLOW-3D软件可以方便准确的模拟飞机油箱内油液晃荡的问题：
COMSOL Multiphysics模拟温度-生化反应-渗流全耦合的垃圾填满气体热释放传输的动力学规律
Matrix 垃圾土骨架
dC KxC dt Kc C
第一阶段： R b
dQ c kQ c dt k (T ) t 第二阶段： Rb k (T )Q0 e
垃圾降解过程的热化学描述
垃圾降解过程热量损耗定量描述： 乙酸分解 ：
CH 3COOH CH 4 2CO 2 3.9 kcal mol 1
填埋气体控制、收集和利用的背景
温室效应，总排放量的6%（ 127亿m3/a ） Utility Value Contrast of Several Kinds of Fuel 健康威胁，“三致” 安全隐患，自燃、爆炸等
可再生资源，“3R”原则 应用——发电、汽车燃料等 《京都协议书》－CDM项目，我国42项
填埋III区沼气发电产能预测
产气速率变化情况 温度变化情况 产气量变化及供应发电年限预测
平均填埋高度：40m 填埋时间：2008年3月 日处理垃圾：1000吨 气井间距：30m
二妃山垃圾填埋场填埋三区示意图
仿真验证：LFG释放并伴随温度扩散（Miroslav Nastev, et al. 2001）
-3.6 -3.7 -3.8 lnk -3.9 -4.0 -4.1 -4.2
Data Fit line
lnk
-3.1 -3.2 -3.3 -3.4 -3.5 0.310 0.315 0.320 0.325 0.330 0.335 0.340 1/T (10 K )
-2 -1
0.330
-1
0.335
0.340
-4.3 0.310
0.315
0.320
0.325
-2
0.330
-1
飞机副油箱液体晃动动力学分析_刘富
图 1 副油箱尺寸示意图
Em vv
j= 1 N
N
A B j ij ij
9 W ij B 9 xi
A , B
( 5) 9 W A B + Fi 9x i
ij
Em
j= 1
j
Ri Rj 2 + 2 Q Q i j
A B
( 6)
图 2 初始时刻液体的重心与晃动中心的相对位置示意图
式中, vij表示粒子 i 和粒子 j 的相对速度, W ij为 粒子 j 对粒子 i产生影响的光滑函数。 1 . 2 SPH 方法关键问题 为了准确模拟流体动力学的问题, 防止在冲击域 内的求解结果产生非物理震荡, 必须对 SPH 算法进行 一些特别的处理 , 如添加使用最为广泛的 M onaghan 型 的人工粘度 0
[ 2- 3]
本文基于 PAM OCRAS H 程序, 结合某型飞机副油箱 晃振实验, 采用 SPH 方法计算了该副油箱在俯仰运动下 液体的晃动特性, 推导了液体晃动重心的计算表达式, 获得了晃动过程中液体重心变化的时间历程曲线。
液系统的运动及姿态稳定性产生不利影响
。
根据飞机总体设计要求 , 油箱的长宽尺寸应考虑 到在飞行中不会造成燃油的剧烈晃动, 使得燃油流动 造成的重心变化在可接受范围内 ; 飞机姿态变化引起 的燃油重心移动在可接受的范围内
。
对于不可压缩流 , 可以通过利用 M onaghan 提出的 [ 7] 人工压缩率 将其视为可压缩流。 为了 阻止 粒 子穿 透 固壁 边界 , 在 SPH 方 法中 , M onaghan 通过在固壁边界上分布一组虚粒子用于对 邻近边界的实粒子作用排斥力 , 从而阻止邻近边界的 这些粒子非物理穿透边界, 虚粒子和相邻粒子之间的 作用力沿着两粒子的中心连线方向。
comsol流体动力学模型（油箱的晃动）
comsol流体动⼒学模型（油箱的晃动）流体动⼒学模型：油箱的晃动模型背景本案例模型表明COMSOL Multiphysics 软件可以借助移动⽹格技术来仿真动态⾃由表⾯流动。
模型使⽤不可压缩Navier-Stokes ⽅程来模拟液体的流动。
矩形油箱内的液体（⽢油）原本处于静⽌状态。
运动由来回摆动的重⼒⽮量来驱动，重⼒⽮量的最⼤摆动⾓度为 4。
由于液体的表⾯没有约束，该模型为⼀个不规范的计算问题。
然⽽，ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)技术可以很好的解决这类问题。
不仅仅是可以⽅便的在COMSOL Multiphysics 中建⽴移动⽹格（ALE ）应⽤模式，⽽且在移动⽹格求解域边界，它代表了⾃由的边界条件。
这也允许更加精确的估计边界条件特性，⽐如曲率，也使得表⾯张量分析成为可能。
本实例忽略了表⾯张量的影响。
模型⼏何、控制⽅程及边界条件本模型使⽤不可压缩Navier-Stokes ⽅程式来描述流体动⼒特性：()()()F u u I u u t u T=?+?+-??-??+??ηρρρ0=??u()()()()ft g F ft g F y x πφρπφρ2sin cos 2sin sin max max -==其中 Hz f s m g 1,180/4,/81.9max 2===πφ移动⽹格为了能够⽤动⽹格来跟随模拟运动的流体，必须将移动⽹格耦合到流体表⾯的法线上去。
结果是，对于这种⾃由表⾯运动，不能将移动⽹格耦合到流体运动的切线⽅向。
如果这样做⽹格会变形过度从⽽导致问题不再收敛。
⾃由表⾯的⽹格等式边界条件在这种条件下可写为：()y x T t t ?=?, ( 即u*nx+v*ny)其中n 表⽰边界的法向⽮量，()Tt t y x ,表⽰⽹格的移动速度VariablesName Expression Unitphi phi_max*sin(2*pi*freq*t) radgrav_x g*sin(phi)grav_y -g*cos(phi)分析结果要求：在t=1s，t=1.2s,t=1.4s,t=1.6s时的速度场分布情况。
COMSOL Multiphysics 多物理场仿真优化分析
COMSOL Multiphysics多物理场仿真优化分析中国大陆以及港澳地区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案供应商中仿科技与Altair公司联合发布了COMSOL Multiphysics结合HyperWorks的多物理场仿真分析优化案例。
这些案例为广大COMSOL 用户提供用于改进设计、进行“What if”研究、试验数据的相关性研究、优化复杂的多学科设计问题以及评价设计的可靠性和鲁棒性等优化功能。
经过大量的合作测试验证，双方共同认为COMSOL+HyperStudy的优化方案将为COMSOL 用户创造极大的价值，部分创新案例如下：案例1 偶极天线设计优化射频模块（RF Module）- 高频电磁天线阻抗是一个重要的参数，决定了传输电路的性能。
阻抗匹配和低电抗分量对于实际操作很重要，它们能通过合适的设计或匹配电路得到。
模型中通过COMSOL 结合HyperStudy，优化了偶极天线的长度和直径，使得输入阻抗和指定值相匹配。
模型数据库>RF Module>RF and MicrowaveEngineering>Shape optimize dipole antenna模型文件antenna.m原始设计情况：偶极天线尺寸参数l 和k 决定了天线的阻抗值，参数初始值l=0.5，k=0.01，阻抗值为94Ω，与设计要求值74Ω相差很远。
设计变量：偶极天线尺寸的长度参数l，直径参数k，其中参数变量取值范围0.4<l<0.6, 0.001<k<0.1设计约束：直径参数k<l/10优化目标：使得阻抗值尽可能接近设计要求值74Ω。
利用COMSOL Multiphysics与HyperStudy结合进行模型优化，目标阻抗值最终达到73.21Ω。
得到相应的天线尺寸长度和直径（l=0.4536539, k=0.0218773）。
下图为阻抗迭代收敛曲线。
案例2 齿轮优化基于COMSOL Multiphysics结构力学模块（Structural Mechanics Module）将齿轮固定在轴上的方法之一就是过盈配合。
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模型几何、控制方程及边界条件
本模型使用不可压缩Navier-Stokes方程式 来描述流体动力特性：
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模型数据
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在 t = 1 s, t = 1.2 s, t = 1.4 s, t = 1.6 s 时的速度 场分布情 况。重力 矢量的倾 斜是由油 箱的倾斜 引起的。
分析结果
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模型背景
本案例模型表明COMSOL Multiphysics 软件可以借助移动网格技术 来仿真动态自由表面流动。模型使用不可压缩Navier-Stokes方程来模 拟液体的流动。矩形油箱内的液体（甘油）原本处于静止状态。运动 由来回摆动的重力矢量来驱动，重力矢量的最大摆动角度为4°。
由于液体的表面没有约束，该模型为一个不规范的计算问题。然而， ALE (arbitrary Lagrangian-Eulerian)技术可以很好的解决这类问题。 不仅仅是可以方便的在COMSOL Multiphysics中建立移动网格（ALE） 应用模式，而且在移动网格求解域边界，它代表了自由的边界条件。 这也允许更加精确的估计边界特性，比如曲率，也使得表面张量分析 成为可能。本实例忽略了表面张量的影响。
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分析结果
• 在X=0.5m处，时间段t ∈ [0, 6 s]的波峰高度。
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COMSOL Multiphysics流体动
力学模型：油箱的晃动
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移动网格
为了能够用动网格来跟随模拟 运动的流体，必须将移动网格 耦合到流体表面的法线上去。 结果是，对于这种自由表面运 动，不能将移动网格耦合到流 体运动的切线方向。如果这样 做，网格会变形过度从而导致 问题不再收敛。自由表面的网 格等式边界条件在这种情况下 可写为
其中 其中 n 表示边界的法向矢量，(xt, yt)T 表示 网格的移动速度