comsol旋转燃烧器的模拟操作实例要点
室内火灾喷出和旋转火焰的实验和数值模拟
ＦＩ ＲＥ ＡＦＥＴＹ ＣＩ Ｓ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｊ ｎ ａ ．２０ １０
文章编 号 ：０ ４５ ０ （０ ０ 一０ ｌ０ １ ０ —３ ９ ２ １ ）０ １一８
室 内火 灾 喷 出和 旋 转 火焰 的 实 验和 数 值 模 拟
室 内火 灾旋 转火焰 是火 焰 的一种 特殊形 式 。这 种火焰 不仅 具有 垂直 向上 的运 动 速度 ， 还具 有 水 平 的旋转 速度 。与非 旋 转 火 焰 相 比， 转火 焰 具 有 更 旋 快 的燃 烧速 度 ， 大 的辐射输 出量 ， 更 在旋 转 中心 的小 区域 内热 量 释 放 更 集 中 ， 有 难 以 预 料 的 烟 气 运 还
Ｆｉ．１ Ｌｏ ａｌｐｈ ｔ ｆｅ ｐｅ ｉ ｎｔ ｇ ｃ ｏ ｏ ｏ ｘ ｒｍｅ ａｌ
．
ｓｍｕａ ｉｎ ｄ ｖｃ ｆｅ ｃｏ ｕ ｅ ｆ ｅ ｉ ｌ ｔ ｅ ｉｅｏ ｎ ｌｓ ｒ ｒ ｓ ｏ ｉ
装警察部 队学 院消 防工程 系副主任 ， 教授 。主要从事火灾动力学理论及室 内火灾危 害性评估 的教学和科研工作 。
便 于数 值模 拟的进 行 。两种模 拟条 件设置 相 同。
１ 数值 模拟 软件 简介及 场景 设计 ． ２
原 因。
关 键 词 ： 内火 灾 ； 室 实验 和数 值模 拟 ； 出 火焰 ； 转 火 焰 喷 旋 中 图分 类 号 ： Ｋ１ １ Ｔ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
０ 引言
建 筑 室 内发 生火 灾 后 ， 火焰 通 常 会 通过 门窗 等 开 口向外 喷 出 。有 时 ， 喷出火 焰 的规 模 之大 、 伸距 延
１ 实 验模 拟 及 数 值 模 拟 条 件
微小Swiss_roll燃烧器的数值模拟_李军伟
第14卷第6期2008年12月 燃 烧 科 学 与 技 术Journa l of Co m busti on Science and T echnologyV o.l 14N o .6D ec .2008微小S w iss -rol l 燃烧器的数值模拟李军伟,钟北京,王建华(清华大学航天航空学院,北京100084)摘 要:为了解微小Sw iss -ro ll 燃烧室的工作特点,对二维S w i ss -ro ll 燃烧器进行数值模拟,采用了CH 4/空气的多步反应机理,考虑了燃气对室壁的辐射,研究当量比和入口气流速度对燃烧特性和火焰稳定性的影响.研究结果表明,S w iss -ro ll 燃烧器能够在大的当量比范围内稳定工作.但上下极限并不对称,富燃时的极限比较小,比化学当量比略小,而富氧的极限比较大.对于相同的当量比,流速较小时,甲烷/空气火焰停留在燃烧器中心区的入口,甲烷全部参加反应;随着气体流速的增加,在燃烧器的中心形成回流区,扩大了燃烧器的富氧可燃极限,有助于火焰稳定,但是甲烷的转化率在减小.关键字:微小燃烧室;预混燃烧;数值模拟;甲烷;燃烧特性中图分类号:TK 16 文献标志码:A 文章编号:1006-8740(2008)06-0533-07Nu m erical Si m ulati on ofM icro Sw iss -Roll Co mbustorLI Jun-w e,i Z HONG Be-i ji n g ,WANG Jian-hua(Schoo l o f A ero space ,T si nghua U niversity ,Beijing 100084,Ch i na)Ab stract :T o understand the w ork i ng features of t he m icro Sw iss -roll combustor ,nu m erical si m ulations for a 2D S w i ss -ro ll co m bust o r w ere carried out ,w it h CH 4/a ir m ult-i step reacti on m echan i s m and rad i a ti on fro m gas to channe lw a ll taken i nto consideration .E ffects of equ i va l ence ra ti o and fl ow ve l oc ity on co m busti on characteristi cs and fl ame stability we re stud i ed .The resu lts show that the S w iss -ro ll co m bust o r can wo rk w it h i n a w ide range of equivalence rati o s .But the fue -l r i ch li m it is no t symm etr ica l to t he fue-l lean li m it .The for m er i s just l ess than 1,wh ile t he l a ter ism uch larger t han 1.Fo r the sa m e e -quiva l ence ra ti o ,if v eloc i ty is s ma l,l fla m e i s stab ilized at the en trance o f t he center reg ion w it h co m plete combusti on o fm e t hane .W ith the i ncrease o f flow ve l o city ,there appears a recircu l a ti ng zone i n t he center reg i on ,hence i ncreasi ng t he fue-l lean li m it and enhanc i ng fla m e stab ili zati on .But the rec irculati ng zone can decrease the conv ers i on ra ti o o fm ethane .K ey word s :m i cro co m bustor ;pre m i xed combusti on ;num erical si m ulation ;m ethane ;combusti on character istics收稿日期:2007-07-06.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50376027).作者简介:李军伟(1978) ),男,博士后,davi d78lee @gma i .l co m.通讯作者:钟北京,zhongb @j ts i nghua .随着ME M S 的迅速发展,基于M E M S 技术的微型动力系统也受到了人们的关注.微型动力系统的一个重要特点是利用燃料或者推进剂在微燃烧器中燃烧,产生高温高压的燃气,驱动涡轮或者其他动力装置,从而把化学能直接或间接地转化为其他形式的能量,如动能、热能或电能.燃料或推进剂的能量密度大是其最大优点,因而微动力系统有着非常好的应用前景[1-3].基于燃烧的动力M E M S 中,为了减小微尺度燃烧器的热损失、扩展可燃极限,通过回收燃烧产物中的热能来预热未燃气体,产生过量焓火焰的技术受到了广泛关注[4].过量焓燃烧方式最开始由W einberg 和L l o yd 提出[5-7].在过量焓燃烧室中,燃烧产物和反应物在相邻的通道中逆向流动,燃烧产物通过通道壁面预热反应物,提高反应物的焓值,因此在贫燃、低热值以及大的热损失条件下,燃料仍然能够在过量焓燃烧器中维持燃烧,扩展了燃烧器的可燃极限.W ei n berg 也首次提出了二维Sw iss-ro ll(/瑞士面包圈0)燃烧器,与简单的直线型逆向换热器相比,Sw iss-ro ll结构具有更大的换热表面积,因为每两条已燃和未燃通道中间有一条未燃和已燃通道.因此,采用Sw iss-r o ll结构的微尺度燃烧器能够维持稳定燃烧.目前,对Sw iss-r o ll结构的换热燃烧器的研究中,只有Jones等人[8]对Sw iss-roll结构的换热燃烧器的定量熄火极限进行了模型研究,但是没有气体的耗散输运、未燃和已燃气体之间的换热速率以及有限速率的化学反应.为改进这种分析方法,Ronney[9]提出了U 型逆向流动热循环燃烧模型.这个模型极大地简化了复杂的Sw iss-ro ll过量焓火焰,并且考虑了壁面的换热以及有限化学反应,但这种模型不适合偏离熄火极限时的火焰.在微型燃烧器中,可燃极限内火焰的稳定及其位置的控制变得特别重要.因此,有必要了解在基本的可燃极限以下大的当量比范围内火焰的稳定及传播性质.Kuo等人[10]对丙烷/空气螺旋型逆流Sw iss-ro ll燃烧器进行了二维数值模拟研究,但仅采用了一步总包化学反应,过高地预测了燃烧的最高温度;Ahn等人[11]在螺旋型逆向流动Sw iss-ro ll燃烧器中进行了丙烷和空气混合物的燃烧实验,可是他们研究的Sw iss-ro ll燃烧器通道的尺寸比较大,大于标准状态下丙烷/空气的熄火距离;K i m等人[12]对三种不同几何形状的小型Sw iss-roll燃烧室的燃烧特性进行了实验,研究了不同的保温措施对火焰稳定,温度分布的影响,但他们并没有对燃烧器内部的燃烧特性进行更详细地分析.采用详细的化学反应机理,考虑燃烧器内部的流动和换热,通过数值模拟的方法研究甲烷/空气在微小型Sw i s s-ro ll燃烧器的燃烧特点,流量对燃烧位置的影响,当量比对甲烷转化率的影响.文中定义当量比本为实际与理论空气/甲烷质量的比值.1物理模型和数值计算模型Sw iss-ro ll燃烧器是一个直径为60mm的圆柱体,为了忽略上下端面边界散热的影响,假设燃烧器高度为无限高,着重研究燃烧器二维平面内的燃烧和流动情况.在圆柱体上按照螺旋线方程切割出了螺旋型通道,通道宽度0.65mm,两条通道之间的分割墙壁厚度1.0mm.为了防止火焰温度过高,烧毁燃烧器结构,另外两条通道之间的墙壁厚度较大,为6.1mm.未反应的甲烷/空气预混气体从外侧通道进入燃烧器,在中心区点火燃烧,燃烧后的尾气从内侧通道排出.燃烧器的二维截面和三维几何形状如图1所示.甲烷/空气的预混气体从燃烧器的入口进入,在中心大空间内燃烧.(a)二维截面(b)三维几何形状图1微小Sw iss-roll燃烧器计算模型(单位:mm)为了比较准确地模拟微小Sw iss-ro ll燃烧器的工作过程,对甲烷/空气预混气体采用二维稳态连续方程、动量方程、能量方程和组分方程,对燃烧器基体结构采用了二维稳态能量方程.由于通道很小,并且流体流速较低,雷诺数小于2000,属于层流流动范围,因此燃烧过程可以描述为预混气体的层流燃烧.为了考虑流动过程中燃气辐射的影响,辐射模型采用DO(dis-crete ord i n ates)模型[13].由于燃烧产物中CO2气体和水蒸气是主要的辐射组分,高温燃气的吸收系数通过W SGG M(w e i g h ted-sum-o-f g ray-gases m odel)模型计算[13].对这些守恒方程组采用有限体积法进行离散,采用欠松弛法进行隐式求解.求解过程中,采用S i m ple 方法离散压力-速度的耦合,动量方程、组分方程和能量方程采用一阶精度的迎风格式离散求解.在燃烧器内部的气流通道内采用较密的结构化网格,微细通道宽度方向上有15个网格点.固体壁面的结构比较复杂,采用三角形网格进行划分.计算网格见图2,共有2.1万个网格单元.#534#燃烧科学与技术第14卷第6期图2 计算网格本文的研究目的是了解微型Sw iss -ro ll 燃烧器的工作特点,因此化学反应模型采用预混燃烧的C H 4/O 2/N 2基元反应动力学机理,该机理包含35个可逆基元反应和17种组分[14],该反应模型包含的链式反应途径为CH 4y C H 3y C H 2O y HCO y CO +H 2y CO 2+H 2O式中:C H 3、C H 2O 、H CO 为中间产物,CO 和H 2为不完全氧化产物,C O 2和H 2O 为主产物.此外,自由基OH 、O 、H 和H 2O 2用来维持上述链式反应的传播过程.反应混合物的黏性系数、比热容和导热系数由各组分的相应数值通过质量分数加权平均计算.反应物的密度通过理想气体状态方程计算.各组分的比热容根据温度的分段拟合公式计算,各组分的黏性系数和导热系数根据气体分子运动学的方法计算[13].计算模型使用到以下边界条件:微细通道的入口采用质量入口边界条件,给定进气的质量流量以及各个组分的质量分数;流体和固体之间的壁面采用无滑移、没有法向组分扩散的边界条件,同时保证耦合壁面温度连续;通过壁面的热流密度连续.在微细通道的出口,给定出口的压力,其他参数根据远场条件外推;在整个燃烧器的最外层边界采用绝热边界条件,不考虑燃烧器向外界的散热.整个计算过程分两步进行.首先,不考虑化学反应,根据边界条件计算得到收敛的流场;然后,加入化学反应模型,并在中心区域设置高温点火源,待混合气体在中心区稳定燃烧后,关闭高温点火源,继续进行计算,直到最后收敛.为了确定可燃极限,首先计算得到可燃极限E R =1时稳定燃烧的流场,然后逐渐改变当量比,得到不同当量比时的流场和温度场,从而判断可燃极限及工作特点.2 计算结果与讨论2.1 可燃极限在甲烷流量为55.6m g /s 、163.1m g /s 和277.8m g /s 时,对燃烧器进行了数值模拟,得到了不同流量时的可燃极限,如图3所示,图中E R 为当量比.在3种流量下,微型Sw iss -ro ll 燃烧器的可燃极限都在0.8与2.4之间.富燃极限较小,而富氧极限较大.下面针对甲烷流量等于55.56m g /s 、不同当量比时微型燃烧器内的工作状况进行分析.图3 微型Sw iss -roll 燃烧器的可燃极限图4是不同当量比时燃烧器内的温度场云图.从图中可以看出,当量比为1时,甲烷和空气的燃烧温度最高,为1983K.随着当量比的升高,最高燃烧温度逐渐下降,在上极限(E R =2.4)时,最高燃烧温度只有1357K.如果继续增加空气流量,燃烧温度还要下降,最终散热量大于燃烧的放热量,火焰熄灭.从图中还可以看出火焰位置在燃烧器中的变化,火焰主要稳定在燃气的温度梯度和组分梯度最大的地方.当量比为1时,火焰面是一条直线,把气体通道完全封闭,甲烷和空气完全燃烧,燃烧温度最高,如图4(b)所示.当量比为0.8时,甲烷过量,空气量不足,火焰面向中心燃烧室内移动,而且火焰面也是一条直线,如图4(a)所示.由于甲烷流量不变,随着空气流量的增加,气流的速度增大.当量比为1.4和1.6时,火焰面仍然在中心燃烧室的入口下游,但是由于气流速度增加,火焰面不再是一条直线,而是一条中心凸起的曲线,如图4(c)和(d)所示.随着空气流量的进一步增加,气流速度变得更大,最终导致火焰被吹到中心燃烧室的下游.由于中心燃烧室存在一个回流区,所以火焰能够稳定在这个回流区内,通过吸附外层的甲烷和空气的混合物进行稳定地燃烧,如图4(e)和(f).在中心有回流区的#535#2008年12月 李军伟等:微小Sw iss -ro ll 燃烧器的数值模拟情况下,随着空气流量的再增加,空气带走的热量增大,中心燃烧区的面积减小,最终当损失掉的热量小于燃烧的放热量时,火焰不能维持,最终熄灭.通过上面的分析可以发现,Sw iss-r o ll燃烧器能够(a)E R=0.8(b)E R=1.(c)E R=1.4(d)E R=1.6(e)E R=1.8(f)E R=2.4图4不同当量比时燃烧器内的温度分布在大的当量比范围内稳定工作,富燃极限比较小,而富氧极限比较大.这是因为富燃时,空气量不足,甲烷燃烧不充分,燃烧放热量减小,所以容易熄火.而当富氧时,甲烷不变,空气量增加,火焰位置向下游移动,在燃烧器的中心形成一个回流区,火焰就发生在回流区的外边界,回流区能够稳定火焰,所以燃烧器能够在大的富氧极限下工作.图5是不同当量比时,C H4在燃烧器中心的质量分数云图.图中C H4质量分数梯度最大的地方就是火焰面,C H4含量从最大值突然减小到最小值.从图中可以看出,当量比为1和1.4时,预混气体在燃烧室入口完全燃烧,燃烧产物中没有剩余C H4.由于后者的气流速度比前者大,所以火焰面形成了曲面.当量比等于1.8时,气流速度增加,火焰面被吹向燃烧室下游.在燃烧室中心的底部凹陷处形成了高温回流区,回流区内是完全燃烧后的产物,回流区被甲烷和空气燃烧的火焰面包围.但是C H4气体没有完全燃烧,部分被卷吸到回流区参加燃烧,部分没有反应就直接流出燃烧#536#燃烧科学与技术第14卷第6期室.当量比增加到2.4时,回流区内预混气体完全燃烧的区域面积减小,火焰面的厚度增加,燃烧强度和最高燃烧温度减小.如果再增加空气流量,燃烧温度会进一步降低,散热量大于燃烧放热量,从而熄火.(a)ER=1(b)E R=114(c)ER=118(d)E R=214图5不同当量比时的C H4质量分数分布图6是计算得到的Sw iss-ro ll燃烧器出口尾气中各个组分的体积分数.从图中可以看出,在当量比为1时,C H4气体完全参加反应,燃烧产物主要是水蒸气和CO2气体.当量比小于1时,空气量不足,CH4没有被完全氧化,产生了部分氧化的产物,氢气和C O气体.随着当量比的增加,空气过量,产物中氧气分数逐渐增加.在当量比小于1.6时,气流速度较小,火焰没有被吹开,主要在燃烧室中心区入口,C H4被完全氧化,产物中没有C H4.但是当量比大于1.6时,气体速度增加,火焰被吹向燃烧室中心下游,部分甲烷参与反应生成水蒸气和CO2气体,其余的甲烷流出.随着当量比的增加,参与反应的甲烷含量减小,燃烧反应放热减小,最终火焰熄灭.根据甲烷在出口的物质的量的分数,计算不同甲烷的转化率,如图7所示.当量比等于0.8时,甲烷的转化率为98%.这是由于空气量不足,甲烷没有完全反应.当量比大于1.6时,由于空气流速增大,火焰被吹开,在燃烧室中心形成了回流区,甲烷部分参加反应,其余的没有反应就流出.随着当量比的增大,参加反应的甲烷量减小,转化率也减小.图6Sw iss-roll燃烧器出口尾气成分图7Sw iss-ro ll燃烧器C H4转化率#537# 2008年12月李军伟等:微小Sw iss-ro ll燃烧器的数值模拟3.2 流速的影响图8是当量比为1,不同入口流速时燃烧器内部的温度云图.总流量为0.255m /s 和0.51m /s 时,入口流速较小,甲烷和空气在入口燃烧,火焰停留在中心燃烧室的入口,甲烷反应比较完全.当总流量大于0151m /s 时,燃烧室内形成了回流区,回流区外侧被甲烷/空气的火焰面包围.随着流量的增大,燃烧高温区逐渐从中心区的下游向上游扩大,中心回流区的面积增大,燃烧放热量增大,最高燃烧温度升高.(a)0.255m /s (b )0.51m /s (c)1.01m/s(d)2.5m /s(e)4.85m /s图8 不同入口流速时燃烧器内部的温度云图根据出口气流的组分计算了甲烷气体在燃烧器中的转化率,如图9所示.从图中可以看出,随着流量的增加,入口气体流速增大,但是甲烷的转化率却逐渐下降.这是由于气流速度增加,中心燃烧室入口的火焰被吹开,部分甲烷气体没有反应就直接流出.图9 不同流量时甲烷的转化率和燃烧器入口流速图10是不同总流量时燃烧室中心的流线图.从图中可以看出,随着总流量的增加,燃烧室中心的回流区面积增大.入口流速为0.51m /s 时,预混气体在燃烧室的入口完全燃烧,燃烧产物直接从出口流出,只在燃烧室的底部形成了一个小的回流区.当入口流速增大后,火焰不能维持在燃烧室入口,向下游移动,于是就形成了一个回流区.回流区卷吸、加热未燃气体,使其在回流区的上边界燃烧,燃烧产物被吸入回流区内,最终从回流区的下游排出.另外一部分没有参加燃烧的气体沿燃烧室上部排出.另外,从图中还可以看出,随着入口流速的增加,回流区的面积增大.这是由于对于相同的当量比,流量增加,回流区的气体流速增大.#538#燃 烧 科 学 与 技 术 第14卷第6期(a)0.51m/s(b)2.50m/s(c)4.85m /s 图10 不同入口流速时燃烧室中心的流线图3 结 论(1)Sw iss -r o ll 燃烧器能够在大的当量比范围内稳定工作,而且富燃时的极限比较小,而富氧的极限比较大.甲烷流量是55.56m g /s 时,计算得到的当量比下极限为0.8,上极限为2.4.(2)当Sw iss -roll 燃烧器中气流速度较小时,甲烷/空气火焰停留在燃烧器中心区的入口,所有进入燃烧器的甲烷都参加反应;如果气流速度较大,火焰被吹开,在燃烧器的中心形成一个回流区,火焰就发生在回流区的外边界,只有部分甲烷气体流入回流区参加反应,其余的直接从回流区外侧流走,不参加反应.(3)对于相同的当量比,随着预混气体流速的增加,燃烧放热量增加,Sw iss -roll 燃烧器中心的回流区面积增大,更加有利于甲烷/空气火焰的稳定.(4)Sw iss -ro ll 燃烧器中心的回流区能够稳定火焰,并加热未反应的预混气体,使其在更大的可燃极限和流速下工作.但是回流区的存在也会导致甲烷的转化率降低,减少燃烧放热量,因此需要合理选择气体流速和当量比.参考文献:[1] Car l os F A.M i cro -pow er gene ration us i ng co m busti on :Issuesand approaches[C ]//Twen t y-N int h International Sympos i -u m on C o m bus tion .Sappo ro ,Japan ,2002.[2]Jacobson S A,Epste i n A H.An i n f o r m al survey o f pow er M E M S [C 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燃烧器的数值模拟。
旋流燃烧器混合特性实验方案设计
旋流燃烧器混合特性实验方案设计 如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。
为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。
一． 实验原理：由于不考虑化学反应，可考虑采用用温度场来模拟浓度场、（1） 与 均小于1，说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈，∴温度和浓度混合边界层比速度边界层发展得快。
Pr 0.75,0.7~0.75t t Sc a D νν=≈=≈1~0.9t a Le D∴=≈Pr t a ν=t Sc D ν=（2）由于Le t =a /D ≈1，说明：温度和浓度边界层的发展十分相近，可以用传热过程的基本规律近似描写质量交换。
在上图中，用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。
其中：C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数试验中采用热电偶，测量温度，取参考点为冰水混合物。
多只热电偶共用一台显示仪表的方式。
如图所示：221212xy xy T T C C T T C C --=--,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩二．实验系统的示意图：1➢x 2y三．实验步骤1．建立如图所示的系统；2．分别测定1.2处温度，并记录；3．沿x方向从出口处向外等距取8个点，沿y方向与同心管道中心线对称取5个点，记各点为x i y j分别测量温度，并记录4． 按 计算各点浓度； ,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩。
comsol旋转盘腔换热模拟
comsol旋转盘腔换热模拟
铜盘管在有冷空气流经的管道内输运热水。
铜盘管呈螺旋缠绕，以便沿轴向插入圆形空气管道的内部。
冷空气在管道内流动，热水由盘管泵入。
使用共轭传热接口计算空气流场，以及空气与铜管的温度。
由于几何基本为轴对称，我们可以假定模型与气流完全轴对称，以简化模拟。
因此，我们可以使用二维轴对称共轭传热接口。
气流速度很高，所以使用了一个湍流模型；此例中，为k-epsilon模型。
我们可以假定管道内流动的水为经充分发展的流动。
同时我们也可以假定水温的变化很小，密度不变，所以平均速度保持恒定。
因此，我们不需要模拟水的流动，而是可以利用强制对流传热关系式模拟流体和管壁之间的传热。
对流热通量边界条件使用强制内部对流Nusselt数关系式来计
算水与铜盘管之间的传热，在铜盘管的所有内部边界上都应用了此边界条件。
输入项包括管道几何、流体类型、流体速度，以及流体温度。
除了流体温度之外，所有这些量在盘管每匝中保持不变。
基于COMSOL Multiphysics的二次燃烧炉设计
基于COMSOL Multiphysics的二次燃烧炉设计“有限元的未来是多物理场耦合”，因为多物理场耦合能最大程度地体现分析对象的真实工况，在真实环境下，研究对象往往同时受多个场的作用，越是逼近真实的也就越是合理和可靠的。
COMSOL Multiphysics通过耦合变量来求解各个物理场的反演方程和积分方程，耦合变量作为各个独立场的公用变量，进行同时求解，形成一个完整的总刚矩阵，从而实现与这类直接推导耦合方程类似的求解过程。
COMSOL Multiphysics在当今科学及工程领域已得到了大量成功的应用，赢得了广泛的好评。
荷兰Hi End线材名厂Siltech在25周年庆典上推出39对限量Pantheon喇叭庆祝，为了得到最优化的音响效果，特意采用COMSOL Multiphysics模拟设计出独有的内部构造。
瑞典Outokumpu Copper R&D (Västerås, Sweden)的工程师Jonas Fjellstedt通过COMSOL Multiphysics来获得提高生产金属棒效率的方法。
借助COMSOL Multiphysics的帮助，Jonas Fjellstedt成功的将原来的加工速度提高40％，这意味着公司无需新建生产线就可以增加产量，从而节约大量成本。
欧洲空中客车公司采购了100多套COMSOL Multiphysics用于先进飞机的设计，确保新研制的飞机在技术上的竞争力。
而在高校里，COMSOL Multiphysics则作为优秀的教学辅助工具，以其强大的开放性，得到了日益广泛的应用和好评。
Rowan大学K.K.Bhatia教授正在指导学生使用COMSOL Multiphysics对汽车引擎进行模拟 意大利Catania大学工业与机械工程系Giuliano C.博士等人的一个研究成果向工程界展示了COMSOL Multiphysics在计算化学燃烧，设计燃烧炉等方面的优异性能。
comsol旋转燃烧器的模拟操作实例1
component1 湍流的参数设置？反应方程的各种参数设置？:流体性质设置入口边界条件设置出口边界条件设置网格的设置component2:建模部分矩形1矩形2chamfer1mesh control edge 1Form Composite Edges 1(cme 1)That concludes the geometry for the reacting jet. Now define a coupling variable that can be used to apply the outlet conditions from the previous model to the inlet of the current。
Linear Extrusion 1 (linext1)REACTING FLOW(RSPF)入口边界条件1设置物质浓度入口1边界条件物质浓度入口2边界条件出口边界条件反应项的定义Use the tabulated heat capacities to create interpolation functions, one for each species.the heat transfer interface.初始值的设置热源项设置网格设置：Edit Physics-Induced Sequence.求解设置：求解1直接求解求解2设置Now solve the reacting isothermal jet. The complicated reactions reduire adjustment of the CFL-number controller parameters.。
三维旋流燃烧器数值模拟(中文版)
旋流燃烧器三维等温湍流流动的数值模拟Artit Ridluan a,Smith Eiamsa-ard a,Pongjet Promvonge ba Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Mahanakorn Universityof Technology, Bangkok 10530, Thailandb Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Instituteof Technology Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand摘要本文对旋流燃烧器中的强烈旋转湍流流动进行了数值模拟。
在当前的工作中，对于三维等温旋流燃烧流动的综合科学研究使用了三种一阶湍流模型：标准k-ε湍流模型，RNG湍流模型，SST k-ω模型；二阶湍流模型，雷诺应力模型（RSM）与二阶数值差分格式。
计算结果表明RSM在测量旋流流动影响上要优于其他湍流模型。
旋流燃烧器流动的数值模拟结果为旋流燃烧器的相关设计与运行参数，包括轴向与径向速度，压力场，湍流动能的流动特点进行了描述。
1. 引言在过去的数十年中，由于旋流流动在工业上的应用，比如熔炉，燃气涡轮燃烧器，旋风燃烧炉，旋风燃烧器，灰尘收集等，它已受到相当大的关注。
一种研发用于加热小中型锅炉的新型不结渣旋流燃烧器可以在干燥的粉状及泥浆的情况下点燃含煤燃料。
在对涡流室及低温燃烧中气固两相的强烈旋转流动与燃烧的基本理解基础上，人们提出了旋流燃烧器的概念。
旋流燃烧器不仅融合了旋风燃烧器，多级燃烧器，旋风燃烧炉，粉碎性燃煤燃烧器，流化床燃烧器的优点，而且消除了他们本身的大部分缺点。
旋流燃烧器是由Nieh和Fu开发研究以求在高效，清洁方面增加煤的利用。
有一种燃烧器与Nieh和Fu的相似，但以稻壳作为替代燃料，Promvonge and Silapabanleng 对这种燃烧器进行了实验研究。
comsol操纵技能
comsol操纵技能comsol操作技巧下面是本人在利用comsol解决实际问题时碰到的一些问题，通过上网查询，以及自己想出的方法进行解决，很多是网络是无法直接查询到，希望和大家一起分享，也许其中的某条正是你下载冥思苦想要解决的问题，希望能够帮到你。
上网查找的部分如有侵权，请告之删除，谢谢！（一）利用comsol的计算源程序，来建立新的循环计算如果需要利用其它计算后的数值代入到comsol进行后计算，这就不可避免的要利用comsol的源程序进行后学的连续计算，这里主要需解决在次计算利用上次计算初始值的问题，下面两段就是有无利用上次计算结果作为初始值的程序：%正常的求解% Solve problemfem.sol=femtime(fem, ...'solcomp',{'T'}, ...'outcomp',{'T'}, ...'blocksize','auto', ...'tlist',[colon(0,0.1,1)], ...'estrat',1, ...'tout','tlist', ...'linsolver','gmres', ...'itrestart',100, ...'prefuntype','right', ...'prefun','gmg', ...'prepar',{'presmooth','ssor','presmoothpar',{'iter',3,'relax',0.8} ,' postsmooth','ssor','postsmoothpar',{'iter',3,'relax',0.8},'csolver', 'pardiso'}, ...'mcase',[0 1]);%将上次求解结果作为下次计算的初始值的求解% Mapping current solution to extended mesh init = asseminit(fem,'init',fem0.sol,'xmesh',fem0.xmesh,'blocksize','a uto');%（此处是关键）% Solve problemfem.sol=femtime(fem, ...'init',init, ... %（此处是关键）'solcomp',{'T'}, ...'outcomp',{'T'}, ...'blocksize','auto', ...'tlist',[colon(0,0.1,1)], ...'estrat',1, ...'tout','tlist', ...'linsolver','gmres', ...'itrestart',100, ...'prefuntype','right', ...'prefun','gmg', ...'prepar',{'presmooth','ssor','presmoothpar',{'iter',3,'relax',0.8} ,' postsmooth','ssor','postsmoothpar',{'iter',3,'relax',0.8},'csolver', 'pardiso'}, ...'mcase',[0 1]);（二）对常数进行赋值下面一段程序是comsol中常数的赋值语句：% Constantsfem.const = {'U0','3.9', ...'I0','35', ...'It1','35', ...'It2','35', ...'It3','35', ...'It4','35', ...'Vt1','4', ...'Vt2','4', ...'Vt3','4', ...'Vt4','4', ...'OpenVt1','4.1', ...'OpenVt2','4.1', ...'OpenVt3','4.1', ...'OpenVt4','4.1'};我们可以通过以下语句对其中的35,4,4.1进行修改It1=700;It2=700;It3=700;It4=700;fem.const(1,6)={It1};fem.const(1,8)={It2};fem.const(1,10)={It3};fem.const(1,12)={It4};这样就可以实现常量变成变量，进行计算了（三）启动COMSOL with MATLAB 2007b时，MATLAB 和COMSOL Multiphysics用户界面都没有出现该问题多出现在Windows上使用COMSOL with MATLAB 2007b，MATLAB 2007a及更早的版本没有这种问题。
不同旋流强度下燃烧器燃烧特性的数值模拟
不同旋流强度下燃烧器燃烧特性的数值模拟$芮文明1刘宇2王爱华1张炎1田赛1(1.东北大学国家环境保护生态工业重点实验室，2.上海鼎研智能科技有限公司)摘要为研究不同旋流强度下天然气旋流式纯氧燃烧器的燃烧特性，采用计算流体力学 (C F D)商业软件Fluent对燃烧器在三种叶片角度（15°、3〇°、45°)下的天然气纯氧燃烧进行数值模拟，获得了在不同旋流强度下，燃烧室内的温度场和生成物浓度分布。
结果表明：当轴向叶片旋流器叶片角度为30°时，燃烧室内温度分布比较均匀，没有局部高温区，温度梯 度小，燃烧效果较好；在燃烧器出口 1.3m处，燃烧产物《)2剧烈产生，质量分数达到了 85%,在燃烧室后部，C02浓度逐渐降低趋于平衡；在燃烧器出口 1.5m处，燃烧产物H20 的质量分数达到42%,在燃烧室后部，H20的含量下降到40%并趋于稳定。
关键词旋流强度纯氧燃烧数值模拟温度场浓度分布Numerical simulation of the combustion characteristicsof different swirl intensity burnerRui Wenming1Liu Yu2Wang Aihua1Zhang Yan1Tian Sai1 (1. Northeastern University, 2. ShangHai Dingyan Intelligent Technology Co. , Ltd.)A b s t r a c t In order to study the combustion characteristics of the oxygen gas swirling burners at different swirl intensities, the burner with three blade angle (15°,30° , 45°)und e r different swirl intensity of oxygen gas combustion b y utilizing computational fluid d y n a m i c s (C F D)commercial software Fluentw a s simulated. T h e temperature field a n d the resultant concentration distribution in the combustionc h a m b e r at different swirl intensity wer e obtained. T h e results s h o w w h e n the blade angle of 30 ° ,the combustion c h a m b e r of axial vane swirl burner temperature is m o r e evenly distributed, no local high temperature zone, temperature gradient is small, combustion effect is better ；In the combustor exit of 1. 3m,combustion products C02 produce violently, m ole m a s s fraction is 85% ,then, in the b ack of combustor, C02 concentration decreased gradually be c o m e s m o r e b a l a n c e d；In the combustor exit of 1. 5m，H20 concentration distribution of the combustion products, the quality score of 42% ,in the bac k of combustor ,the concentration of H20 decreased to 40%a n d stabilized.K e y w o r d s swirl intensity oxygen combustion numerical simulation temperature field c o n c e ntration distribution我国是能源消耗大国，但能源利用率比发达 国家低很多，c o2的排放量仅次于美国，占全球 总排放量的11%[1]。
使用COMSOL分析各类旋转机械
使用COMSOL分析各类旋转机械在模拟旋转机械时，可以通过研究振动对机器性能的影响来有效避免机器故障。
为了实现这一目标，一种方法是使用新的“转子动力学模块”，它是 COMSOL Multiphysics® 软件“结构力学模块”的扩展模块。
在本文中，我们将介绍“转子动力学模块”，带领你了解它的实用特征和功能，助你改进旋转机械设计流程。
转子动力学建模有哪些用途？首先，我们简要介绍一下转子动力学建模。
如之前发布的一篇文章所述，旋转机械具有广泛的应用，从航空航天技术到发电，遍及众多行业，转子动力学分析十分有助于加强旋转机械的功能，提高安全性。
举例来说，假设你要确保一台发电机（一种旋转机械）避免由设计欠佳导致的不稳定、破坏性共振和故障问题。
这时你可以执行转子动力学分析，研究影响发电机物理特性的振动现象，以及由发电机的旋转和结构引起的振动加剧。
发电机（左）及其三维模型（右）。
借助仿真软件，你能够提高转子动力学研究的准确性和简易性。
现在，加上“转子动力学模块”，这一过程会变得更加方便灵活。
“转子动力学模块”会帮助你设置正确的设计参数，分析共振、应力、应变以及横向和扭转振动效应对旋转机械的的影响，由此使响应保持在可接受的运行限制范围内。
此外，你能进一步了解固定和移动的转子组件如何影响产品设计，并计算临界速度、固有频率和振型。
在下一节中，我们将深入探讨一些具体的优点和功能。
为什么要使用“转子动力学模块”？“转子动力学模块”的突出优势之一是其出色的灵活性。
你可以轻松地自定义仿真分析，方便地研究旋转装配或整个结构的特定组成部分。
上述操作的第二项可通过“转子动力学模块”的实心转子接口来实现，在有限元建模中，此接口使用三维 CAD 几何表示转子和实体单元。
你可以通过研究旋转装配中的所有组件来生成最精确的结果。
在分析转子的应力和变形时，你不需要去模拟整个系统，这样会提高仿真的精度。
为了计算整个域中的应力分布和变形场分布，你必须将转子模拟为实心单元。
基于COMSOL的燃烧反应仿真研究现状
１９９１年 日本 电 镜学 家 饭 岛在 使 用 电 弧法 制 备 富 勒烯 时 ，利 用 高分 辩率 电子 显微 镜 在 电极 阴 极 的 沉 积 物 中发现 了碳 的另 一 种 同素 异构 体 ，即全 部 由 碳 原 子构 成 的碳 纳米 管（ＣＮＴｓ１ ”。 由于碳 纳 米 管 为 纳 米 级尺 寸 。具 有 纳米 材 料所 特有 的基 本特 征 ，即 比表 面 积 大 、化 学 性 能 好 、机 械 及 热 稳 定 性 高 和成 本 低 等特 性 ，会 呈现 出不 同于 传统 材 料 的独 特 物理 化 学性 质【２Ｊ。所 以碳 纳 米管 的发 现 ，立 即 引起 了国 际 上 不 同科技 领域 众多 科学 家和 学者 们广 泛关 注 。
ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｈｉｐｈｙｓｉｃｓ是 一 款 以有 限元 法 为基 础 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 。ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ通过 求解 偏微 分方 程（单 物理 场）或偏 微分方 程组（多物理 场）来 实现 真实 物理 现象 的仿真 ，在 多物理 场耦 合计 算 方 面具 有 较 大 的优 势 和 可靠 性 。同 时 ，ＣＯＭＳＯＬ 中定 义模 型 非 常 灵 活 ，材 料 属性 、边 界 条 件 等 可 以 是 常数 、变 量 、逻 辑 表 达式 、函数或 者是 一 个代 表实
收 稿 日 期 ：２０１７．０５．２３； 基 金 来 源 ： 山 西 省 重 大 科 技 专 项 （ＭＣ２０１５—０４）；作 者 简 介 ：武 斌 （１９９１．），男 ，硕 士 研 究 生 ， Ｅｍａｉｈ ９８６０９０４６８＠ｑｑ．ｃｏｍ； 通 讯 作 者 ：米 杰 ，教 授 ，博 导 ， Ｅｍａｉｌ：ｍｉｊｉｅｌ １ １＠１６３．ｃｏｒ ｎ。
COMSOL多物理场模拟软件简单入门教程
COMSOL多物理场模拟软件简单入门教程首先，打开COMSOL软件，并选择“新建模型”创建一个新的模型。
接下来，选择所需的物理场模块。
COMSOL提供了各种模块，如“传热模块”、“结构力学模块”、“电磁场模块”等。
根据具体的需求选择相应的模块。
在选择模块后，设置模型的尺寸和几何形状。
COMSOL提供了几何建模工具，可以用来绘制模型的几何形状。
用户可以通过画线、绘制曲面等方式创建模型的几何结构。
完成几何建模后，用户可以定义物理边界条件和物理特性。
例如，可以定义材料的热导率、电导率等。
对于边界条件，可以定义温度、电势等。
设置好边界条件和物理特性后，可以进行网格划分。
COMSOL软件使用有限元方法进行数值计算，需要将模型划分为小的有限元。
用户可以在COMSOL中设置网格划分的参数，如网格密度等。
划分好网格后，可以设置求解器和求解参数。
COMSOL提供了多个求解器，用户可以根据实际需求选择合适的求解器。
在设置求解器参数时，可以设置收敛准则、迭代次数等。
设置好求解器和求解参数后，可以进行模型求解。
COMSOL会根据用户设置的物理特性、边界条件以及网格划分，自动进行模型的求解。
求解过程可能会花费一些时间，取决于模型的复杂程度和计算机性能。
求解完成后，可以对结果进行后处理和分析。
COMSOL提供了丰富的后处理工具，可以对模型的结果进行可视化、统计分析等。
用户可以根据需要选择不同的后处理工具进行分析。
除了上述基本的模拟流程外，COMSOL还提供了许多高级功能和工具，如参数扫描、优化设计等。
用户可以根据具体需求深入学习和应用这些功能和工具。
总结：通过上述简单入门教程，我们可以了解COMSOL多物理场模拟软件的基本流程和功能。
COMSOL的使用需要一定的学习和实践，但一旦熟悉掌握，它将成为解决各种多物理场问题的强大工具。
COMSOL稳态和瞬态的热性能仿真案例教学
COMSOL稳态和瞬态的热性能仿真案例教学新建1.打开comsol(我用的是comsol5.5，其他版本大致相同)，新建→模型向导→选择三维；2.选择物理场：传热→固体传热，按增加→研究，选择研究：预置研究→稳态→完成；建模3.导入相应的二维或三维模型，或者直接在COMSOL里自建几何模型；导入：顶部工具栏：导入，选中几何1→选择单位→导入，最后形成联合体→全部构建；网格化4. 网格：“序列类型”默认是“物理场控制网格”；5. 可改为“用户控制网格”，网格1 →尺寸，可以看到不同细化程度（软件默认）对应的“单元尺寸参数”，可手动修改网格尺寸；6. 顶部工具栏：增加材料；7. 可在右侧框内搜索要添加的材料，然后“增加到选择”；或者添加空材料，去选择一个域，然后材料属性目录下会出现做该仿真必要的参数，输入参数即可；载荷8. 点击初始值1：温度默认单位K，可修改为℃；9. 热绝缘1：默认选择所有边界；10. 右键“固体传热”，添加温度，边界选择输入载荷的区域；11. 右键添加“热通量”，边界选择全体导热的区域，在热通量一栏，输入广义热通量数值，即输入的能量值；研究：结果12. 点击“研究”开始计算，仿真完成后，结果下面自动出现“温度”；点击温度→体，出现仿真结果图；可通过派生值→全局计算，计算自己所需要的值瞬态仿真13. 顶部工具栏：增加研究14. 右侧任务栏：预置研究→瞬态；15. 研究2 →步骤1：研究设定；16. 时间单位：可设置为ms；时间：设置仿真时间范围及步长；17. 仿真完成后，结果下面自动出现“温度”；18. 点击温度→表面。
出现仿真结果图。
可看到温升变化，和稳态保持一致；19. 派生值，右键，“体最大值”，会在仿真图下方出现“表格2”，自动将时间和温度的对应变化列出来；20. 在表格处，点击“表图”按钮，结果下面自动出现“一维绘图组”：会有温度随时间变化的曲线。
comsol培训的仿真实例
几何
• 几何模型如图所示：
材料
• 点击主屏幕-增加材料。
• 选择Copper，点击增加到组件。
线性电阻率
• 点击电流守恒 • 设置电导率为线性电阻率
电流边界
• 点击物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ场-边界，分别添加电流电势和接地边界条件。 • 选择对应边界1，电势0.1
电流边界
• 设置接地边界14。
传热边界
• 固体传热-边界-温度；设置对应边界1、14，数值293。
T Tref
热应变
0(1 0.001 T )
• 电导率是温度的函数 • 使电流和热模拟双向（强）耦合
电流
• 稳定的电压差施加在电阻梁上 • 电阻梁焊接在电路板上，被空气包围
接地 (0
0.1
V)
V 所有其他表面与干燥空气相邻且电绝缘
传热
自然对流 h = 5 W/m2K Text = 293 K
边界设置
• 点击固体力学-边界-固定约束。 • 选择对应边界1、14。
多物理场
• 右击多物理场-热膨胀。 • 选择对应区域1。
应力分布
• 点击计算。 • 设置绘图组应力表达式及变形。
参数化扫描（几何）
• 点击主屏幕-参数；设置参数p_hole，表达式5[um]。 • 设置圆柱体位置x为p_hole。
293 K
293
由电流自动计算内部焦耳热
K
热膨胀：应力-应变
固定约束
内部热载荷根据温度自动计算
固定约束
结果：微阻梁
• 计算得到电势、温度和位移 • 扩展
– 参数化扫描几何 – 三维非线性强耦合模型
• 添加更多物理场 – 添加瞬态效应
Microresister
基于comsol固体氧化物燃料电池（sofc）的数值模拟仿真
摘要燃料电池是一种实用的环保、高效的清洁可再生能源，可以预见在未来的新能源革命中会占有一席之地。
而固体氧化物燃料电池（SOFC）不仅具有普通燃料电池的优点，还有燃料来源广、余热再利用等特点。
然而SOFC工作在封闭高温的环境内，实验方法所需时间长，设备昂贵，还受实验条件本身的限制。
数值模拟方法比起实验方法可以计算得到无法测量的结果，并且消耗时间短和资金成本低。
本文主要研究的是平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池，通过热量传输、物质传输、动量传输模型，结合燃料电池的电化学反应方程，在多物理场耦合软件COMSOL里面搭建了单电池的三维稳态模型。
运用这个模型，我们可以得到SOFC 在不同配置和工作状态下的速度、温度、浓度、电流密度等分布图,并且还可以改变一定的变量和相关的边界条件来检测这些改动对SOFC的影响。
因此这个仿真模型可以通过预测不同参数对SOFC性能的影响从而来优化设计SOFC。
本文在成功完成平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池建模工作后，进一步深入讨论优化SOFC电池片的方法，本文通过改变某些参数来实现，一种是改变物性参数和几何外形，比如阳极支撑体的厚度和多孔介质的孔隙率等，另一种是改变工作条件，比如电池内部温度，工作电压，热辐射影响，流场方式等，最后通过一系列不同边界条件和参数下数值模拟结果的对比，得到了一些关于SOFC优化设计的建设性意见。
数值模拟方法可以用来研究SOFC在不同工作条件下的性能，并且为SOFC的工作控制策略和选材结构设计提供科学依据。
关键词：固体氧化物燃料电池COMSOL 数值模拟ABSTRACTFuel cell is a practical, environmentally friendly and efficient clean and renewable energy source. It can be expected to take a place in the new energy revolution in the future. Solid oxide fuel cell (SOFC) not only has the advantages of common fuel cells, but also has many other advantages, such as wide fuel sources and waste heat utilization. However, SOFC works in a closed, high temperature environment. The experimental method needs long time, high cost and is limited by the experimental conditions. Compared with the experimental method, the numerical simulation can calculate the results which are unable to be measured with short time and low cost.This paper studies planar anode supported solid oxide fuel cell, the heat transfer and mass transfer, momentum transfer model, the electrochemical reaction equation with a fuel cell, build the three-dimensional steady-state model of single cell in multiphysics coupling software COMSOL. By these models, we can get velocity, temperature, concentration, current density distribution of SOFC in different configuration and working conditions, and we also can change some variables and the related boundary conditions to detect the predict of these changes on SOFC. Therefore, the simulation model can optimize the design of SOFC by predicting the influence of different parameters on the performance of SOFC. This paper has completed the modeling work of planar anode supported solid oxide fuel cell and further discussion of the optimization method of SOFC cell is given, such as the anode support thickness and porosity of porous media, the other one is to change working conditions, such as temperature, battery voltage, thermal radiation effects, flow mode, finally by comparing the numerical simulation results of a series of different boundary conditions and parameters, received some constructive opinions of SOFC optimization design.The numerical simulation method can be used to study the performance of SOFC under different working conditions, and provide a scientific basis for the work control strategy and structure design of SOFC.Key words：Solid Oxide Fuel Cell COMSOL Numerical Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1研究背景与意义 (1)1.2国内外研究概况 (8)1.3论文的主要研究内容 (12)2 SOFC数值模拟的基本原理2.1固体氧化物燃料电池的模拟工具 (13)2.2COMSOL软件介绍 (14)2.3SOFC建模数学方程 (17)2.4本章小结 (23)3 平板式阳极支撑体SOFC的数值模拟过程3.1SOFC数值模拟步骤 (24)3.2SOFC数值模拟结果及其分析 (31)3.3本章小结 (37)4 SOFC数值模拟优化4.1工作温度对SOFC的性能影响 (39)4.2热辐射对SOFC的性能影响 (40)4.3不同流场方式对SOFC的性能影响 (42)4.4阳极支撑体与SOFC的性能之间的关系 (47)4.5本章小结 (49)5 总结与展望5.1全文总结 (51)5.2课题展望 (52)致谢 (53)参考文献 (54)附录攻读硕士学位期间的科研成果 (59)1 绪论1.1 研究背景与意义电能产业是国家工业化的支柱产业，是实现中国社会现代化的不可或缺的部分。
comsol操纵技能
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COMSOL使用技巧_V1.0_2013-02要点
COMSOL 使用技巧中仿科技公司CnTech Co.,Ltd目录一、1.11.21.31.41.51.6二、2.12.22.32.4三、3.13.23.33.43.5四、4.14.24.34.44.5五、5.15.25.3六、6.16.26.36.46.5七、几何建模................................................................................................................................. - 1 -组合体和装配体................................................................................................................. - 1 -隐藏部分几何..................................................................................................................... - 2 -工作面................................................................................................................................. - 3 -修整导入的几何结构......................................................................................................... - 4 -端盖面............................................................................................................................... - 11 -虚拟几何........................................................................................................................... - 12 -网格剖分............................................................................................................................... - 14 -交互式网格剖分............................................................................................................... - 14 -角细化............................................................................................................................... - 16 -自适应网格....................................................................................................................... - 16 -自动重新剖分网格........................................................................................................... - 18 -模型设定............................................................................................................................... - 19 -循序渐进地建模............................................................................................................... - 19 -开启物理符号................................................................................................................... - 19 -利用装配体....................................................................................................................... - 21 -调整方程形式................................................................................................................... - 22 -修改底层方程................................................................................................................... - 23 -求解器设定........................................................................................................................... - 25 -调整非线性求解器........................................................................................................... - 25 -确定瞬态求解的步长....................................................................................................... - 26 -停止条件........................................................................................................................... - 27 -边求解边绘图................................................................................................................... - 28 -绘制探针图....................................................................................................................... - 29 -弱约束的应用技巧............................................................................................................... - 31 -一个边界上多个约束....................................................................................................... - 31 -约束总量不变................................................................................................................... - 32 -自定义本构方程............................................................................................................... - 34 -后处理技巧........................................................................................................................... - 36 -组合图形........................................................................................................................... - 36 -显示内部结果................................................................................................................... - 37 -绘制变形图....................................................................................................................... - 38 -数据集组合....................................................................................................................... - 39 -导出数据........................................................................................................................... - 39 -函数使用技巧....................................................................................................................... - 43 -7.17.27.37.4八、8.18.2九、9.19.2十、10.110.210.310.4十一、11.111.211.311.411.511.6随机函数........................................................................................................................... - 43 -周期性函数....................................................................................................................... - 44 -高程函数........................................................................................................................... - 45 -内插函数........................................................................................................................... - 46 -耦合变量的使用技巧........................................................................................................... - 48 -积分耦合变量................................................................................................................... - 48 -拉伸耦合变量................................................................................................................... - 49 -ODE 的使用技巧................................................................................................................... - 50 -模拟不可逆形态变化....................................................................................................... - 50 -反向工程约束................................................................................................................... - 51 -MATLAB 实时链接................................................................................................................ - 52 -同时打开两种程序GUI................................................................................................. - 52 -在COMSOL 中使用MATLAB 脚本................................................................................ - 52 -在MATLAB 中编写GUI ................................................................................................. - 53 -常用脚本指令................................................................................................................ - 54 -其他................................................................................................................................... - 56 -局部坐标系.................................................................................................................... - 56 -应力集中问题................................................................................................................ - 56 -灵活应用案例库............................................................................................................ - 57 -经常看看在线帮助........................................................................................................ - 57 -临时文件........................................................................................................................ - 58 -物理场开发器................................................................................................................ - 59 -一、几何建模COMSOL Multiphysics 提供丰富的工具，供用户在图形化界面中构建自己的几何模型，例如1D 中通过点、线，2D 中可以通过点、线、矩形、圆/椭圆、贝塞尔曲线等，3D 中通过球/椭球、立方体、台、点、线等构建几何结构，另外，通过镜像、复制、移动、比例缩放等工具对几何对象进行高级操作，还可以通过布尔运算方式进行几何结构之间的切割、粘合等操作。
COMSOL使用技巧
COMSOL的语法中,变量u对空间的微分,分别默认为用ut,ux,uy,uz等来表示,这为仿真提供了极大的便利。那么对变量u的空间积分呢？COMSOL提供了积分耦合变量来实现这一功能。
积分耦合变量分为四种:点(point)积分耦合变量、边(edge)积分耦合变量、边界(boundary)积分耦合变量、求解域(subdomain)积分耦合变量。根据模型的维度,会有相应积分耦合变量。用户还可以指定得到结果后的作用域,例如全局,或指定某些点、边、边界或求解域。从而可以将对积分耦合变量结果的访问限制在指定的对象上。
采用ODE进行时间积分,仅仅只能对标量进行积分,如果就是想对求解域内的某个值进行积分(通常具有维度),则需要采用耦合一个PDE应用模式的方法,通过修改PDE方程,使其满足对时间的常微分方程形式,然后在求解中可以得到对时间的积分结果。
四、停止条件
在进行稳态求解时,COMSOL迭代求解当然就是以收敛条件满足作为计算的停止条件。但就是在瞬态分析的情况下,计算何时停止就可由用户自行选择了。与其她仿真软件类似,COMSOL默认的瞬态分析停止条件就就是遍历用户使定的时间范围后,计算停止。但就是除此之外,COMSOL还可以提供一种更为灵活而且强大的功能,就就是允许用户选择让软件自动检测计算结果中的某一变量或表达式,当该变量或表达式满足一定条件时,计算停止。
边积分耦合变量,就就是对指定变量或表达式在指定的某个或者某些边上做积分,积分的结果付给自定义的这个积分耦合变量。仅存在于三维仿真中,这个积分就是线积分。对1积分得到边长。
点积分耦合变量,就就是对指定变量或表达式在指定的某个或者某些点上给出它的值。它的最主要用法就是将某个点上的结果映射到指定的对象上。
例如前面灯泡的例子,后处理显示的就是三维结构外缘的温度分布,而我们关心的实际上就是内部的温度分布,因此可以选择抑制某些边界。
旋转磁力机械模拟时涉及的一些概念
旋转磁力机械模拟时涉及的一些概念电动机械是现代工业社会的重要支柱。
在这类种类繁多的机械设备中，发电机或电动机一类的旋转机械应用最为广泛。
COMSOL Multiphysics 中的旋转机械，磁物理场接口即旨在模拟这些系统。
请跟随我们一起探讨旋转机械的模拟过程，并了解使用此功能详细的最佳做法。
旋转机械的几何任何一种旋转磁力机械都包含两个零件：定子和转子，中间有空气缝隙将其分隔开，并驱使转子旋转。
因为有限元方法不支持旋转，所以旋转机械，磁接口利用移动网格的方法模拟这种旋转。
直流换向电机的几何，其中包含两个永磁体和一个旋转绕组。
这种机械的几何切割（通常沿着空气缝隙）成两部分：一部分包含定子，另一部分包含转子。
之后这两部分分别进行网格剖分。
在模拟过程中，含有定子的部分保持静止，含有转子的部分则旋转。
这两部分以及相应的网格一直在切割边界相接触。
几何必须包含两磁体间的空气缝隙。
红色表示一条可能的切割边界。
默认情况下，几何序列的最后一步是形成联合体、合并所有几何对象并作为一个对象进行网格剖分，最终完成定型。
在分别对这两部分进行网格剖分之前，必须通过形成装配使对象定型。
首先利用并集与其他操作，为静止部分和旋转部分分别创建一个几何对象。
随后对几何序列的定型节点选择形成装配。
定型过程中，一致对会自动创建在定义下，表示这两个对象的共同（接触）边界。
直流电机的网格放大图。
旋转部分和静止部分已分别进行了网格剖分，在图中显示为两侧不同的网格节点位置。
边界高亮显示为蓝色，包含在一致对中。
在旋转过程中，这两部分的网格彼此滑动，在一致对上保持接触。
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component1: 流体性质设置
入口边界条件设置
出口边界条件设置
网格的设置
component2: 建模部分
矩形1
矩形2
chamfer1
mesh control edge 1
Form Composite Edges 1(cme 1)
That concludes the geometry for the reacting jet. Now define a coupling variable that can be used to apply the outlet conditions from the previous model to the inlet of the current。
Linear Extrusion 1 (linext1)
REACTING FLOW(RSPF)
入口边界条件1设置
物质浓度入口1边界条件
物质浓度入口2边界条件
出口边界条件
反应项的定义
Use the tabulated heat capacities to create interpolation functions, one for each species.
the heat transfer interface.
初始值的设置
热源项设置
网格设置：
Edit Physics-Induced Sequence.
求解设置：
求解1直接求解求解2设置
Now solve the reacting isothermal jet. The complicated reactions reduire adjustment of the CFL-number controller parameters.。