COMSOL多物理场模拟软件-简单入门教程

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COMSOL Multiphysics 入门培训

COMSOL MULTIPHYSICS 仿真流程
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
4.3最新界面
仿真智领创新
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COMSOL Multiphysics
工业问题
通过各种简化
解析解
数学问题
（解偏微分方程）
数值解
很难解得出没有解析解
差分法有限元方法边界元法。。。
猜想
验证
再猜想
再验证
仿真智领创新
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2、为什么要进行CAE仿真
仿真智领创新
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仿真智领创新
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需要讨论的几个问题
仿真智领创新
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1、物理现象与数学
人们通常用偏微分方程来描述所看到的物理现象。
热传导方程
计算流体力学NS方程
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MEMS模块
模拟微尺度器件和影响它行为的各种物理现象
多物理场耦合：结构力学、压电效应、静电场、微流动、电流体、
化学反应
• 谐振器
• 制动器
• 传感器
• 压电设备
• 加速计
• 换能器
• 体声波和面内声波设备
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comsol多物理场耦合仿真流程

comsol多物理场耦合仿真流程英文回答：COMSOL is a powerful software tool that allows for the simulation of multiphysics phenomena. It enables the coupling of different physical fields, such as heat transfer, fluid flow, and structural mechanics, toaccurately model complex systems and analyze their behavior. The simulation process in COMSOL typically involves several steps, which I will outline below.1. Geometry Definition: The first step is to define the geometry of the system being simulated. This can be done using the built-in CAD tools in COMSOL or by importing a geometry file from an external software. The geometryshould accurately represent the physical system and include all necessary details.2. Physics Setup: Once the geometry is defined, thenext step is to set up the physics of the problem. Thisinvolves selecting the relevant physics modules in COMSOL that correspond to the physical phenomena being simulated. For example, if we are simulating a heat transfer problem, we would select the Heat Transfer module.3. Boundary Conditions and Material Properties: After setting up the physics, we need to define the boundary conditions and material properties. This includes specifying the temperature, pressure, or any other relevant parameters at the boundaries of the system, as well as assigning appropriate material properties to the different regions of the geometry.4. Meshing: Once the physics and boundary conditions are set up, we need to generate a mesh. The mesh divides the geometry into smaller elements, allowing for the numerical solution of the governing equations. The quality of the mesh is important for the accuracy and efficiency of the simulation.5. Solver Settings: After meshing, we need to specify the solver settings. This includes selecting theappropriate solver algorithm, specifying convergence criteria, and setting up any additional solver parameters. The solver is responsible for solving the equations that describe the physical phenomena in the system.6. Running the Simulation: With all the setup steps completed, we can now run the simulation. COMSOL will solve the equations numerically and provide the results for the specified variables of interest. These results can include temperature distributions, velocity profiles, stress distributions, or any other quantities that were defined during the setup.7. Post-processing: Once the simulation is complete, we can analyze and visualize the results using the post-processing tools in COMSOL. This allows us to gain insights into the behavior of the system and evaluate its performance. We can create plots, animations, or export the results for further analysis.In summary, the simulation process in COMSOL involves defining the geometry, setting up the physics and boundaryconditions, meshing the geometry, specifying solver settings, running the simulation, and post-processing the results. This iterative process allows for the accurate modeling and analysis of multiphysics phenomena.中文回答：COMSOL是一款强大的软件工具，可以用于多物理场的仿真。

北京化工大学——Comsol多物理场模拟基础

• 对实际过程的合理简化是衡量数值模拟水平高低的一个重要方面。
关于研究方法
• 用实验方法得到上述信息
– 测量组分质量分数沿管长的分布，需密集取样，分析需要时间、成本。取样点少，得到错误的规律，实验失败。
– 测量两个反应速率，几乎不可能。速率是一个微分量，即质量分数随时间变化。
– 用实验方法得到优化的冷却液温度，几乎不可能。需要大量的实验和高精度的测量，时间、人力、物力的消耗难以估量。
对过程的操作参数、边界条件的描述
ΔH，反应热
rΔH，反应放出的热量
优化过程
冷却液进口温度为334K
温度分布
反应速率
模型中的不完善之处
• 不考虑反应器内径向的温度、浓度差异，使上述结果仅在特定情况下是一个较好的估算值。
• 模型维数增加，可以使模型更接近实际情况，但代价是计算量增加一个数量级。
温度分布
反应速率
• 如何提高产物（组分B）的出口浓度？
– 缩短反应器长度（停留时间）？ – 改变管内物料的温度（温差，传热、反应）？
• 升温 • 降温
– 改变管外冷却液温度（温差，传热、反应）
• 升温 • 降温
– 改变管外冷却液的流量（ReNu）
• 加大流量 • 减小流量
对计算区域的描述物性、源项、初始值
• 直到选择所有物理场，再按Study按钮。
下面还有子类
下面还有子类
完成向导后的界面
设置模型的顺序，能够设置的内容在快捷菜单中
尽量不用菜单和工具条上的按钮，快捷菜单的内容才是与当前任务最相关的
Global Definition
• Parameter
– 几何尺寸（尺寸、位置） – 各种常数

COMSOL使用技巧

边积分耦合变量，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,这个积分是线积分。对1积分得到边长。
点积分耦合变量，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。它的最主要用法是将某个点上的结果映射到指定的对象上。
在上面PID控制的例子中，指定位置处的浓度conc就是一个点积分耦合变量，用来提取点PT1处的浓度值。同时，浓度c的时间变化率ct在PT1点的取值,也可以用同样的方法提取出来，付给变量ctime.
五、非线性特征值问题
求解方程的特征值是仿真中经常碰到的一类问题。问题线性度比较好的时候，方程的系数与方程的解变量u不存在函数关系，这样的方程很容易解;反过来，方程特征值也很容易求。但是有时候我们会碰到非线性比较强的问题，方程的系数本身就是解变量u的函数。对于正问题，COMSOL很容易“求解域设定"中，定义方程的某些系数是解变量的函数,然后利用COMSOL提供的非线性求解器完成求解。但是对于非线性很强的逆问题又该如何定义呢？这里有一个很好用的技巧，就是使用全局约束对特征值先进行一下归一化，在这里定义特征值与解变量相关。
要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速”设置中直接定义.因此,这个变上限积分需要转化成一个ODE，作为全局约束加入。
令，方程两边同对时间t求导，得到。在COMSOL中，变量u对时间的导数，用ut表示。因此变量int的时间导数即为intt。利用COMSOL的“ODE设定"，我们可以很容易的将intt-（conc-c_set）=0这个ODE全局约束添加入模型之中。
==〉
将方程两边同对时间t求导后就变成了一个ODE方程，类似于定义一个全局约束那样，我们使用COMSOL的“ODE设定”功能便可以定义这个新的变量Tot_mass。

COMSOL使用技巧

COMSOL Multiphysics使用技巧（旧版通用）一、全局约束/全局定义对于多物理仿真，添加全局约束是COMSOL非常有用的功能之一。

例如，对于一个涉及传热的仿真，希望能够调整热源Q_0的大小，从而使得某一位置处的温度T_probe 恒定在指定值T_max，我们可以直接将这个全局约束添加进来即可。

有些情况下，全局约束可能包含有对时间的微分项，也就是常说的常微分方程（ODE ），COMSOL 同样也支持自定义ODE 作为全局约束。

例如，在一个管道内流体+物质扩散问题的仿真中，利用PID 算法控制管道入口的流速u_in_ctrl ，从而使得某一位置处的浓度conc 恒定在指定值c_set 。

（基本模块模型库 > Multidisciplinary > PID control ）。

需要添加的PID 算法约束如下式：要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速”设置中直接定义。

因此，这个变上限积分需要转化成一个ODE ，作为全局约束加入。

令⎰-=tdt set c conc 0)_(int ，方程两边同对时间t 求导，得到set c conc dtd _int -=。

在COMSOL 中，变量u 对时间的导数，用ut 表示。

因此变量int 的时间导数即为intt 。

利用COMSOL 的“ODE 设定”，我们可以很容易的将intt-(conc-c_set)=0这个ODE 全局约束添加入模型之中。

二、积分耦合变量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。

COMSOL使用技巧

九、ห้องสมุดไป่ตู้制探测图
在求解的同时，COMSOL还以做一种图，即探测图。这个功能允许用户在任意的位置放置观测点，随着求解的进行实时的掌握观测点上的某些变量或者表达式的取值变化.
十、保存探测图数据
COMSOL也允许用户将这种实时的探测图加以保存，或者将数据导出也可以。
十一、交互式网格
网格剖分是有限元仿真最重要的技术之一，好的网格可以有效小的提高计算的收敛性并减少计算时间。COMSOL内建了极为强大的网格剖分工具，包括自由网格生成器、映射网格生成器、扫描网格生成器、边界层网格生成器四种网格生成方法，同时还提供网格复制、网格删除、网格撤销、网格拉伸和旋转、网格导入等等功能。将这些工具联合使用,就是COMSOL的交互式网格剖分，用户可以根据需要，完全自由控制网格的形状和分布。
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将方程两边同对时间t求导后就变成了一个ODE方程，类似于定义一个全局约束那样，我们使用COMSOL的“ODE设定”功能便可以定义这个新的变量Tot_mass。
采用ODE进行时间积分，仅仅只能对标量进行积分，如果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.
十五、几何属性
COMSOL中可以随时查看几何对象的属性，比如如果选中一个三维实体，点击“几何属性"按钮，COMSOL就会在信息窗内给出体积、表面积等信息。选中某两个点，COMSOL就会给出两点之间的距离，以及经过这两点的边的长度等信息。
十六、开始命令的命令行选项
从操作系统的图形化界面启动COMSOL是大家最为熟悉的。但是对于有些特殊的情况，用户可能会需要从命令行启动COMSOL.这种启动方式其实更为灵活,因为COMSOL提供不少很实用的启动参数。

conmsol教程

2.网格剖分的技巧
（10）复制网格 —可用于复制域、面和边网格 —复制网格到另一个网格序列 —将网格复制到更高空间维度的组件 —自动根据源网格确定目标上的方向 —支持复制多个网格（大型周期性几何快速生成网格）
2.网格剖分的技巧
（11）多个网格 —为几何多重网格求解器创建网格时使用 —用于收敛性研究或验证解是否随网格变化 —在相同的区域可能有适用于不同物理场的不同网格 —生成副本，再编辑网格序列 —使用引用操作链接网格剖分指令序列 —使用多个导入的网格（网格由其他软件生成）
层 —金字塔单元将出现在应用了自由四面体网格操作的域中 —注意有一些计算方法（自适应网格）只能用单一的网格（只能用三角
形和四面体网格）
2.网格剖分的技巧
（10）边界层网格用途 —在流体流动应用中解析沿无滑移边界的边界层 —在传热应用中解析靠边加热表面的大温度梯度 —在低频电磁场中解析集肤效应创建 —当模型中有流体流动应用时自动创建边界层网格 —边界层网格包括：二维层状四边形单元，三维层状棱柱或六面体单元 —自动检测和处理尖锐拐角；平滑过渡到内部网格 —可用于任意网格，可手动控制边界层属性
COMSOL多物理场仿真基础教程
目录
一
基本操作及几何建模
二
网格剖分及求解Biblioteka 三结果后处理及函数
01
基本操作及几何建模
1.工作流程
定义需要求解的问题类型
修改和优化
绘制（或导入）CAD几何
后处理和报告结果
定义每个求解域的材料属性
求解类型
设定载荷和边界条件
网格划分
2.基本操作
问题描述： - 在铜丝上施加电压产生电阻热 - 结构发热产生热膨胀 - 材料属性具有热敏性 - 最终会产生多大的温度和变形

COMSOL多物理场建模

几何建模
两个矩形绘图结果
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几何建模
矩形差集运算
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几何建模
母线板侧面图
仿真智领创新
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仿真智领创新
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选择应用模式
3D
焦耳热
稳态
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全局变量定义
L rad_l tbb wbb mh htc Vtot
0.09[m] 6e-3[m] 5e-3[m] 5e-2[m] 6e-3[m] 3[W/m^2/K] 20[mV]
打开焦耳热模型
仿真智领创新
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新增结构力学应用模式
新增结构力学，然后直接点击完成
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结构力学材料属性
包含热膨胀：耦合过程
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几何建模
螺栓2截面：拉伸
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几何建模
最终母线板结构
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comsol用户说明

用户说明手册目录一、Comsol 软件及建模 (1)Comsol软件介绍 (2)建模 (3)键入章标题(第1 级) (4)键入章标题(第2 级) (5)键入章标题(第3 级) (6)一、Comsol软件简介COMSOL Multiphysics 是一款大型的高级数值仿真软件，由瑞典的COMSOL 公司开发，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”，适用于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直接耦合分析能力实现了任意多物理场的高度精确的数值仿真，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。

COMSOL Multiphysics 软件含有多个模块，基于本项目仿真需求，我们选择使用的模块是热传导模块。

该软件课支持Windows，Linux 及Mac OS 操作系统，该用户说明是在Windows操作系统下完成。

安装的版本为COMSOL Multiphysics 5.2.1.图形操作界面点击图标，出现界面点击主屏幕，进入图形操作界面二、单色建模及仿真分析1.建模2.参数设置3.材料属性4.求解器设置5.结果输出三、双色建模及仿真分析1.五层建模在本次例子中我们设计的是一个五层模型，为奇数。

奇数层数的模型与偶数层数的模型有一定的不同。

奇数层数：在开始设定总高度，再在其中间加体切割，就能形成奇数层模型。

偶数层数：是从底开始设定，如同砌楼一样一层层构建。

我们先要选定构建的是三维图形，本例子选用的热传导模块，进行固体传热方面的仿真按照图3.1进行一系列的操作图3.1 图3.2 选择此项单击完成图3.3在构建时，我们应先确定给定单位，例子中给定单位是毫米，所以如图3.2左击modal出现如图3.3所示界面，按照其修改参数。

右击相同处进行模型的构建，本次选择的是长方体，在这次例子中需要三个长方体，也将其余两个选择出来。

关于COMSOL使用技巧

一十二、CAD导入
COMSOL除了内建有强大的CAD工具之外，还提供了与其他CAD软件的接口，用户可以方便的直接导入其他CAD软件创建好的模型。
COMSOL的CAD导入功能除了能够正确识别其他CAD文件之外，更重要的是提供了一些修复的工具。就一般的CAD设计过程来说，零件在设计的后期往往会加入一些圆角、倒角之类的特征，另外零件上本身还有一些狭小的曲面，这些特征对于COMSOL仿真的物理结构并不重要，但是却会带来许多不必要的网格，COMSOL提供了CAD修复的功能来自动移除这些圆角、倒角、狭小曲面。
例如前面灯泡的例子，后处理显示的是三维结构外缘的温度分布，而我们关心的实际上是内部的温度分布，因此可以选择抑制某些边界。
一十四、复杂模型绘图
COMSOL的几何建模功能极其强大，其主要体现就在于工作平面的设定。与很多CAD软件类似，COMSOL在用户需要建立复杂三维几何模型时，推荐用户使用工作平面。COMSOL提供了灵活的建立工作平面的方式，用户可以在不同的工作平面上绘制二维的曲线和实体，然后再拉伸或者旋转成三维。用户可以反复选取工作平面，然后将不同的几何旋转或者拉伸到同一三维几何结构中，从而完成复杂模型的绘图。
当非线性较强时，可以将公差因子调小，这样做可以控制迭代时的步长，较小的步长受非线性的影响较小，可能会快速得到结果，但也有可能会产生较大迭代次数，增加计算量。
阻尼衰减参数等，可以根据实际情况进行调整，用户可以指定初始值、最小步长、以及最大步长。如果非线性很强，则应该将最小步长改小，反之可以将最大步长调大。
一十五、几何属性
COMSOL中可以随时查看几何对象的属性，比如如果选中一个三维实体，点击“几何属性”按钮，COMSOL就会在信息窗内给出体积、表面积等信息。选中某两个点，COMSOL就会给出两点之间的距离，以及经过这两点的边的长度等信息。

COMSOL工程应用系列手册-多物理场仿真在电子设备热管理中的应用说明书

COMSOL APPLICATION NOTES | 1COMSOL 工程应用系列手册多物理场仿真在电子设备热管理中的应用多物理场仿真在电子设备热管理中的应用目录简介 3工程目标 4电子设备的热管理 4传热的应用领域 4传热机理 5数值仿真 6电子设计中的数值仿真 6传热建模的物理场接口 7单物理场接口 8多物理场接口 9扩展接口 10建模案例 10平板上方的非等温湍流 10圆管中的非等温层流 11一种热光型硅光子开关的优化 11平板热管的传热与流体动力学 12大型强子对撞机中的超导磁体 12植入式医疗设备的温度适应性 13仿真 App 案例 14使用仿真 App 进行传热与流体动力学教学 14使用仿真 App 模拟定制化电容器 15使用仿真 App 比较石墨箔传热性能 16结语 17参考文献 18更多资源 19© 版权所有 2019 COMSOL。

《多物理场仿真在电子设备热管理中的应用》由 COMSOL,公司及其关联公司发布。

COMSOL、COMSOL 徽标、COMSOL Multiphysics、COMSOL Desktop、COMSOL Server 和 LiveLink 均为 COMSOL AB 公司的注册商标。

所有其他商标均为其各自所有者的财产， COMSOL AB 公司及其子公司和产品与上述非 COMSOL 商标所有者无关，亦不由其担保、赞助或支持。

相关商标所有者的列表请参见 /trademarks。

2 | COMSOL 工程应用系列手册COMSOL 工程应用系列手册 | 3简介简介通常，在设计电子设备时，需要充分考虑热管理因素。

随着设备性能的提升和市场竞争的加剧，为了实现可靠性更高、能耗和成本更低、安全性更强以及用户体验更好的设计目标，越来越多的研究人员开始使用数值仿真技术进行设计工作。

本手册介绍的仿真案例涉及多种系统，这些系统各不相同，但均有电流存在。

在这些案例以及大多数工程应用案例中，对系统中引起温度变化的传热机制和因素进行研究，可以帮助工程师更好地理解设计对产品性能产生的影响。

COMSOL使用技巧

边积分耦合变量，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,这个积分是线积分。对1积分得到边长。
点积分耦合变量，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。它的最主要用法是将某个点上的结果映射到指定的对象上。
在上面PID控制的例子中，指定位置处的浓度conc就是一个点积分耦合变量，用来提取点PT1处的浓度值。同时，浓度c的时间变化率ct在PT1点的取值,也可以用同样的方法提取出来，付给变量ctime.
现在我们在同一模型下可以建立一个新的几何Geom2，这个三维的几何就是由二维轴对称的几何直接绕对称轴旋转而来。在模型树里可以清楚看到，在Geom2下面没有任何的方程，当然也就没有什么变量。
我们可以利用拉伸耦合变量，将Geom1中的变量T传递过来，然后在三维的Geom2中看这个结果.
投影耦合变量是积分耦合变量与拉伸耦合变量的合体.它的用法与拉伸耦合变量非常类似，只不过在跨几何传递参数的时候，拉伸耦合变量传递的就是变量或者表达式本身，而投影耦合变量传递的是变量或者表达式的积分。
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将方程两边同对时间t求导后就变成了一个ODE方程，类似于定义一个全局约束那样，我们使用COMSOL的“ODE设定”功能便可以定义这个新的变量Tot_mass。
采用ODE进行时间积分，仅仅只能对标量进行积分，如果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.
九、绘制探测图
在求解的同时，COMSOL还以做一种图，即探测图。这个功能允许用户在任意的位置放置观测点，随着求解的进行实时的掌握观测点上的某些变量或者表达式的取值变化.

COMSOL使用技巧

COMSOL使用技巧COMSOL Multiphysics使用技巧（旧版通用）一、全局约束/全局定义对于多物理仿真，添加全局约束是COMSOL非常有用的功能之一。

例如，对于一个涉及传热的仿真，希望能够调整热源Q_0的大小，从而使得某一位置处的温度T_probe恒定在指定值T_max，我们可以直接将这个全局约束添加进来即可。

有些情况下，全局约束可能包含有对时间的微分项，也就是常说的常微分方程（ODE），COMSOL同样也支持自定义ODE作为全局约束。

例如，在一个管道内流体+物质扩散问题的仿真中，利用PID算法控制管道入口的流速u_in_ctrl，从而使得某一位置处的浓度conc 恒定在指定值c_set。

（基本模块模型库> Multidisciplinary > PID control）。

需要添加的PID算法约束如下式：要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速”设置中直接定义。

因此，这个变上限积分需要转化成一个ODE ，作为全局约束加入。

令?-=tdtset c conc 0)_(int ，方程两边同对时间t 求导，得到set c conc dt d _int -=。

在COMSOL 中，变量u 对时间的导数，用ut 表示。

因此变量int 的时间导数即为intt 。

利用COMSOL 的“ODE 设定”，我们可以很容易的将intt-(conc-c_set)=0这个ODE全局约束添加入模型之中。

二、积分耦合变量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。

COMSOL使用技巧

COMSOL Multiphysics使用技巧（旧版通用）一、全局约束/全局定义对于多物理仿真，添加全局约束是COMSOL非常有用的功能之一。

有些情况下，全局约束可能包含有对时间的微分项，也就是常说的常微分方程（ODE ），COMSOL 同样也支持自定义ODE 作为全局约束。

例如，在一个管道内流体+物质扩散问题的仿真中，利用PID 算法控制管道入口的流速u_in_ctrl ，从而使得某一位置处的浓度conc 恒定在指定值c_set 。

（基本模块模型库 > Multidisciplinary > PID control ）。

需要添加的PID 算法约束如下式：要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速”设置中直接定义。

因此，这个变上限积分需要转化成一个ODE ，作为全局约束加入。

令⎰-=tdt set c conc 0)_(int ，方程两边同对时间t 求导，得到set c conc dtd _int-=。

在COMSOL 中，变量u 对时间的导数，用ut 表示。

因此变量int 的时间导数即为intt 。

利用COMSOL 的“ODE 设定”，我们可以很容易的将intt-(conc-c_set)=0这个ODE 全局约束添加入模型之中。

二、积分耦合变量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。

COMSOL使用技巧---精品管理资料

COMSOL Multiphysics使用技巧（旧版通用)一、全局约束/全局定义对于多物理仿真,添加全局约束是COMSOL非常有用的功能之一。

例如,对于一个涉及传热的仿真,希望能够调整热源Q_0的大小，从而使得某一位置处的温度T_probe 恒定在指定值T_max，我们可以直接将这个全局约束添加进来即可。

有些情况下，全局约束可能包含有对时间的微分项，也就是常说的常微分方程(ODE ）,COMSOL 同样也支持自定义ODE 作为全局约束。

例如，在一个管道内流体+物质扩散问题的仿真中，利用PID 算法控制管道入口的流速u_in_ctrl ，从而使得某一位置处的浓度conc 恒定在指定值c_set.（基本模块模型库〉 Multidisciplinary 〉 PID control)。

需要添加的PID 算法约束如下式：要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速"设置中直接定义.因此，这个变上限积分需要转化成一个ODE,作为全局约束加入。

令⎰-=tdt set c conc 0)_(int ,方程两边同对时间t 求导，得到set c conc dtd _int -=。

在COMSOL 中,变量u 对时间的导数，用ut 表示。

因此变量int 的时间导数即为intt 。

利用COMSOL 的“ODE 设定"，我们可以很容易的将intt —（conc —c_set)=0这个ODE 全局约束添加入模型之中.二、积分耦合变量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。

comsol多物理场耦合仿真流程

comsol多物理场耦合仿真流程英文回答：The simulation process for coupling multiple physics fields in COMSOL involves several steps. First, you need to define the geometry of your model. This includes specifying the dimensions and shape of the objects in your simulation. Once the geometry is defined, you can assign the appropriate material properties to each object. This step is crucial as it determines how each material will interact with the different physics fields.Next, you will need to define the physics interfaces. These interfaces are used to couple the different physics fields together. For example, if you are simulating a heat transfer problem, you will need to define an interface that connects the heat transfer physics with the solid mechanics physics. This allows the heat generated by the solid to be transferred to the surrounding environment.After defining the physics interfaces, you can set up the boundary conditions for your simulation. Boundary conditions define the behavior of the system at its boundaries or interfaces. For example, you can specify the temperature or heat flux at certain boundaries to simulatea heat transfer problem. You can also specify the forces or displacements at certain boundaries to simulate astructural mechanics problem.Once the geometry, material properties, physics interfaces, and boundary conditions are defined, you can proceed to solve the equations governing the physics fields. COMSOL uses numerical methods to solve these equations and obtain the solution to your simulation problem. The solver settings can be adjusted to control the accuracy and speedof the simulation.After the simulation is solved, you can analyze the results. COMSOL provides various post-processing tools to visualize and interpret the simulation results. You can create plots, animations, and 3D visualizations to better understand the behavior of your system. You can alsoextract and export the results for further analysis or presentation.In summary, the process of coupling multiple physics fields in COMSOL involves defining the geometry, assigning material properties, setting up physics interfaces, specifying boundary conditions, solving the equations, and analyzing the results. It is a comprehensive and iterative process that requires careful consideration of the physics involved and the desired outcome.中文回答：在COMSOL中，耦合多物理场的仿真流程包括以下几个步骤。

COMSOL多物理场模拟软件-简单入门教程

自适应网格
• 稳态计算中，根据结果调整网格
模型库>Heat Transfer Module>Process and Manufacturing>continous casting
移动网格案例：电化学抛光
• 问题描述
• 电化学抛光：利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光 • 简化的2D模型由两个电极和复合电解液构成。正极有一个
反应工程实验室
Reactoin Engineering Lab
地球科学
Earth Science Module
CAPE-OPEN,
• CHEMKIN ® • JANAF • NASA
优化实验室
Optimization Lab
CAD导入
CAD Import Module
材料库
Material Library
• 矩阵分解是很耗内存的
– L和U比K具有更多的非0元素
• 如何避免分解？
– 迭代求解器：
• 不形成L和U • 精细的迭代策略 • 对每一步测试是否r=Ku-F~0（即是否左侧等于右侧）
– r 称为残差(residual)
迭代求解器和预处理器
• 为了在合理的计算时间内达到收敛，迭代求解器需要一个好的初始估算值
• 注意：系数可能会变成更高阶算子
• COMSOL中的应用
– 系数形式
• 系数对应于常见的物理参数 (例如，扩散、对流等)
– 通式
• 很灵活和紧凑
– 弱形式
• 作为PDE的基础的PDE形式 • 积分形式提供更强大的灵活性
– 非标准化边界条件，边界方程耦合等
• Lagrange算子显式求解 • 需要推导方程，制约其应用

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下面是COMSOL多物理场模拟软件的简单入门教程：
第一步，首先打开COMSOL多物理场模拟软件。

在启动界面上，选择
创建新模型。

第二步，选择您要模拟的物理场。

COMSOL提供了多个物理现象的模块，如传热模块、流体力学模块、电磁场模块等。

选择适合您模拟对象的
物理现象模块。

点击下一步。

第三步，定义几何模型。

在这一步中，您可以创建几何图形、导入CAD文件或使用现有几何形状。

您可以使用COMSOL的几何建模工具来创
建您想要的几何形状。

完成后，点击下一步。

第四步，设置物理场。

在这一步中，您可以设定边界条件、物理参量等。

COMSOL提供了丰富的物理场设置选项，您可以根据需要进行调整。

完成后，点击下一步。

第五步，设置网格。

COMSOL使用网格来离散化物理现象的模型。

您
可以选择自动生成网格或手动调整网格的细化程度。

完成后，点击下一步。

第六步，设置求解器。

COMSOL提供了多个求解器选项，根据您的模
型和要求选择合适的求解器。

完成后，点击下一步。

第七步，设置后处理。

COMSOL提供了多种可视化和后处理选项，如
绘制剖面图、动态模拟、导出数据等。

根据您的需求选择合适的后处理选项。

第八步，点击求解按钮。

COMSOL将自动求解您的模型，并显示结果。

您可以根据需要进一步优化和改进模型。

COMSOL使用技巧

二、积分耦合变量
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。

COSMOL入门操作详解

COSMOL入门操作指南（流体模块为例）建模过程详解常见错误提示及解决方案冰封爱万俟（编）注：仅供自主学习，请勿做其他用途！COMSOL程序建模过程1.打开程序，创建模型框架a.程序版本5.2.1（其他版本类似）b.选择桌面程序图标，双击打开，进入程序主界面。

选择空间维度，根据你的模型需求来选择坐标系。

f.点击研究，选择研究方法，一般分为瞬态和稳态，本模型选择瞬态研究。

渲染对话框，选择DirectX（关于DirectX的版本，则对应电脑中的版本）。

2.模型界面功能区介绍A 区是功能菜单栏，可以选择，查找，点击任 3. 在B 4. B 块为一个节点。

鼠标选择某个节点，然后点击右键，就会弹出增加分支的菜单，但并非所有节点都会有分支（子节点），这会根据物理场的不同而有所不同。

AB DC 称为模块或节点B区比较重要的高级功能介绍。

右图中的模型开发器下面的一排图标中，第5个图标很重要，它可以使用户有选择地来显示COMSOL的高级应用，打开后就可以看到，能够选择需要显示的功能。

这里我们尽量全部选择（打勾）。

第6个图标表示收起全部节点，第7个图标表示展开全部节点。

这两个图标只是为图，B键弹出对话窗，选择下面的帮助，此时在程序界面的右边会出现相应的帮助文档。

5.程序建模第一步：几何作图SOL几何作图功能和CAD类似。

并且可以直接导入CAD，PRO\E等工程建模程序的文件，SolidWorks模型可用导入IGS格式。

b.几何作图需要注意的是，选择好适当的尺寸基本单位。

比如，需要计算的区域在厘米量级，就可以选择cm作为模型尺寸的基本单位。

选择模型尺寸如右图所示，选择几何节点，在设定窗口内的长度单位节点选择尺寸。

c.画图，选择几何节点，右键选择画图基本操说明：红框位置，表示线段的两个控制点坐标。

要创建实体的图形（实体的意思表示，在二维坐标情况下，实体指的是一个面，而非一个线框或边框），则需要在设定窗口中，通用对话框中选择实体，而不是开放曲线，并且所绘制的贝氏多段线必须是封闭的。