comsol培训的仿真实例
卡门涡街的Comsol仿真实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：卡门涡街的Comsol仿真通用求解器。
三、实验仪器：3.1仪器选择SOL物理建模软件3.2模型与参数1.本实验研究流体流经圆柱体后的卡门涡街现象，不考虑沿圆柱体方向的流动，因此可在圆柱体的横切面内进行仿真。
建模时选择二维层流，让圆柱位于一个长方形内的左端，流体从左端流入，右端流出如下图所示图3.1卡门涡街仿真图采用的参数值为：流速u=1m/s，流体流过区域的宽度W=2.2m，高度H=0.41m，圆柱半径R=0.05m，圆柱中心与左侧和下边界的距离均为0.2m。
流体密度ρ=1kg/m3，动力粘度μ=10-3Pa∙s(注：设置中使圆柱体略偏离中心，以触发涡流。
)2.纳维-斯托克斯方程、质量守恒方程实验中圆柱是固体，流体假设是不可压缩的。
需要考虑的耦合为流体-固体耦合，求解的方程是ρ(ðuðt +u⋅∇u)=−∇P+μ∇⋅(∇u+(∇u)T−23(∇⋅u)I)+F (3)ðρðt+∇⋅(ρu)=0 (4)u：流体流速,P：流体压力，ρ：流体密度，μ：流体动力粘度，F：作用在流体上的外力。
这个方程比较复杂，但COMSOL自带的通用求解器可以直接求解。
由于我们更关注流经圆柱体附近的气流，故在入口处设置流体的初速度沿高度方向呈抛物线分布。
实验中还使用一个阶跃函数逐渐提升流入速度。
3.流体的速度随时间在变化，所以求解时选择“瞬态”。
圆柱体在流体中的受力可投影为水平方向的曳力（FD）和竖直方向的升力（FL），如图所示。
图3.2流体受力图升力和曳力也随时间变化。
因此，相对求解升力和曳力本身，无量纲的升力系数C L 和曳力系数C D ：C L =2F L ρU mean 2A (5)C D =2F D ρU mean 2A (6)其中U mean 是设置的平均速度，ρ是流体密度，A 是圆柱在流速方向的投影面积（圆柱厚度与直径的乘积）。
四、实验内容及步骤：4.1建模本实验的的建模与仿真可分为八步：1.模型向导2.参数定义3.几何建模4.材料设置5.层流设置6.划分网格7.研究求解8.结果分析操作步骤：1.模型向导1) 打开COMSOL 软件，在新建窗口中单击模型向导；2) 在模型向导窗口中，单击二维；3) 在选择物理场树中双击流体流动 单相流 层流；4) 单击添加，然后单击下方的研究；5) 在选择研究中选择一般研究 瞬态；6) 单击底部的完成；2.参数定义1) 在左侧模型开发器窗口的全局定义节点下，单击参数1；2) 在参数的设置窗口中，定位到参数栏；3) 在表中输入以下设置：图4.1 设置示范图4) 在左侧主屏幕工具栏中单击f(x)函数，选择全局 阶跃；5) 在阶跃的设置窗口中，定位到参数栏；6) 在位置文本框中输入0.1；3.几何建模1) 在上方的几何工具栏中单击矩形；2)在矩形的设置窗口中，定位到大小和性质栏；3)在宽度文本框输入W，在高度文本框输入H；4)单击构建选定对象；5)在上方的几何工具栏中单击圆；6)在圆的设置窗口中，定位到大小和性质栏；7)在位置栏的x文本框输入0.2，在y文本框输入0.2；8)定位到大小和形状栏，在半径文本框中输入R；9)单击构建选定对象。
comsol电磁场仿真案例科学工...
comsol电磁场仿真案例科学工程计算与应用——基于COMSOL数值模拟的工业应用案例(伍仞之)_图文导读：就爱阅读网友为您分享以下“科学工程计算与应用——基于COMSOL数值模拟的工业应用案例(伍仞之)_图文”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 试井分析随钻电磁波传播测井－卧式刻度装置随钻电磁波传播测井－卧式刻度装置专题之七——科学工程计算与应用基于COMSOL数值模拟的工业应用案例伍仞之跨学科研究和多物理分析为科技创新带来了新契机1、物理问题的发现和解决方法，一直和数学密切相关，物理学的发展深深依赖于数学理论的发展。
2、依据物理学原理归纳出来的偏微分方程，统称为数学物理方程（包括具有物理意义的积分方程、微分积分方程和常微分方程）。
3、数学方法的发展正在改变着我们认识世界的方式！COMSOL Multiphysics应用领域电磁场工程－微电机系统；微波工程；无线电频率部件；脉冲涡流应力检测；微波化学；微波加热；永磁体；声学应用工程－声波传播；建筑声学；汽车消音器；超声无损检测；化学工程－化学反应；燃料电池；电化学；传递现象；反应工程；生物化学；动力工程－空气动力学；流体动力学；多孔介质渗流；结构力学；弹性力学；热工程－地球科学；热传导；弥散；热处理；物理学－光学；光子学；量子力学；半导体设备；材料科学－复合材料；电磁学；理论力学；理论声学；热学；多物理场耦合－电、热耦合；流、固耦合；压电压磁材料与固体力学耦合；磁、声耦合；Darcy -Brinkman -Navier-Stokes 渗流；COMSOL Multiphysics应用领域军事工程－潜艇；飞机；战舰消磁；电磁动力；电磁炮；生物医学工程－生物科学；医学声波检测；核磁共振；磁声成像；生物力学；生物电磁；地球科学－电磁勘探；测井；油藏工程；钻井工程；三次采油；水文、环境工程、岩土工程、矿业工程、地球物理；传递过程－动量传递；热量传递；质量传递；广义通用控制方程；非稳定项+对流项＝扩散项+源项(?u?)???(????)?S???(?uj?)?( )?S?,j?1,2,3?x,y,z?t?t?xj?xj?xj科学计算－数值模拟技术（FEA）；偏微分方程数值计算；交叉学科－机械、电子、流体、传热、光学及电磁学等其它－MEMS器件、纳米材料、纳米粉体、介孔材料、纳米管/纤维、…COMSOL Multiphysics应用领域1、人类科学研究的三种方法? 理论方法? 室内实验方法? 数值实验方法2、地球物理测井方法理论研究理论上研究的各种地球物理测井法问题，地质问题解释模拟地层测井响应数值实验归纳测井物理问题确定测井数学模型完全可以等价于研究偏微分方程的边值数学求解问题3、应用数学工作者如何尽快走进地球物理测井领域COMSOL —应用模块COMSOL—自定义模块和应用模式多物理场的图标声学化学反应和多组分传递电磁波传播基于公式建模流动传热准静态和静态电磁结构力学系统和电路建模Comsol－模块功能Comsol－模块功能Comsol－操作界面Comsol－有限元数值模拟Comsol－数值模拟问题分析流程AC/DC模块。
Comsol经典实例017：双绕组圆环天线的无线电能传输仿真
在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建Comsol经典实例017：双绕组圆环天线的无线电能传输仿真无线电能传输是指发射单元和接收单元之间的无接触式能量传输，为电气设备提供了一种简便的充电方法，并支持同时对多个设备进行充电。
随着技术的持续发展，无线充电的应用日趋广泛，涵盖手机、日用品、新能源汽车等。
在本案例中，系统全面地介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对无线充电设备进行多物理场耦合建模仿真，包括：线圈建模、天线激励的设置、天线之间的能量耦合、位置更改对能量传输效率的影响等。
同时，还将结合案例讲解建模设置的要点及注意事项，并演示在 COMSOL® 5.5 中如何对无线充电设备进行仿真。
一、案例简介本例通过研究针对 UHF RFID 频率调谐的两个圆环天线之间的能量耦合，阐述了无线电能传输的概念，并通过片式电感器来减小天线的尺寸。
发射天线的方向固定，而接收天线旋转，我们根据S参数研究最佳耦合构型。
图1 基于接收天线方向计算两个圆环天线之间耦合效应的模型。
空气域和完美匹配层未在此图中显示二、模型定义模型由两个印刷圆环天线组成，天线被带有完美匹配层(PML) 的空气域包围。
对于UFH RFID 通信，天线的工作频率为915 MHz。
薄铜层在2 mm 聚四氟乙烯 (PTFE) 板上形成图案。
铜层的厚度从几何上看非常薄，但它比该频率下铜的集肤深度s =2.15 μm 厚得多，因此将其模拟为理想电导体(PEC)。
通过在每个圆形铜迹线的中间插入代表0805 表面贴装器件的集总电感器，使天线直径减小到约0.22λ0。
在配置为PEC 的每条迹线的分离部分，分配一个具有50 Ω参考阻抗的集总端口来激励或终止天线。
周围需要有完美匹配层才能吸收发射天线的辐射并描述无限自由空间中的天线耦合。
三、结果与讨论图2 显示xy 平面上的电场模分布，以及发射天线的功率流随接收天线旋转角度变化的箭头图。
COMSOLMultiphysics仿真步骤
COMSOLMultiph ysics仿真步骤1算例介绍一电磁铁模型截面及几何尺寸如图1所示，铁芯为软铁，磁化曲线(B-H)曲线如图2所示，励磁电流密度J=250 A/cm2。
现需分析磁铁内的磁场分布。
图1电磁铁模型截面图(单位cm)图2铁芯磁化曲线2 COMSOLMultiph ysics仿真步骤根据磁场计算原理，结合算例特点，在COMSOL Multiph ysics中实现仿真。
(1) 设定物理场COMSOLMultiph ysics4.0以上的版本中，在AC/DC模块下自定义有8种应用模式，分别为：静电场(es)、电流(es)、电流-壳(ecs)、磁场(mf)、磁场和电场(mef)、带电粒子追踪(cpt)、电路(cir)、磁场-无电流(mfnc)。
其中，“磁场(mef)”是以磁矢势A作为因变量，可应用于：①已知电流分布的DC线圈；②电流趋于表面的高频AC线圈；③任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的问题的特点——分析磁铁在线圈通电情况下的电磁场分布，选择2维“磁场(mf)”应用模式，稳态求解类型。
(2) 建立几何模型根据图1，在COMSOL Multiph ysics中建立等比例的几何模型，如图3所示。
图3几何模型有限元仿真是针对封闭区域，因此在磁铁外添加空气域，包围磁铁。
由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21) 式中，L为空气外边界。
(3) 设置分析条件①材料属性本算例中涉及到的材料有空气和磁铁，在软件自带的材料库中选取A ir和Sof t Iron。
对于磁铁的B-H曲线，在该节点下将已定义的离散B-H曲线表单导入其中即可。
②边界条件由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21) 式中，L为空气外边界。
基于comsol的仿真实验
一、实验目的熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。
深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。
二、实验仪器设备计算机，COMSOL Multiphysics软件三、实验原理影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。
视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。
四、实验内容根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。
根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。
在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。
其具体实验步骤如下所示：1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。
模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。
进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。
模型分为9层（11个求解域），其示图如下：图1 视网膜分层模型2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电导率情况参考于视网膜导电特性。
comsol正弦振动仿真案例详细步骤
comsol正弦振动仿真案例详细步骤Step1 选择问题涉及到的物理场
通过对问题进行分析，问题中涉及到的物理场有焦耳热和母线板与外界之间的热交换。
Step2 选择研究类型
这里研究稳态的情况。
Step3 设定全局参数，为常用的一些变量做设定
Step4 导入/创建几何模型
导入序列后需要构建才会形成实体
Step5 添加材料
例如：塑料。
Step6 设置边界条件
一般会有预设的边界条件，这里根据问题分析，我们还需要为螺钉加入一个电势边界条件和一个接地边界条件
比如此处，设置电势为24V（想模拟下电瓶短路？图里那个220V不对，220V都直接熔断了估计？一开始我设置220V直接计算就不收敛了）
下面的螺钉接地
设置母线板与空气的自然对流换热
Step7 构建网格
像这样的简单问题可以直接点击全部构建让comsol自动创建网格。
Step8 求解计算
计算发现报错，可以看到材料那一栏有一个×，这意味着有的物理场计算中，所需的材料属性未给出。
Comsol经典实例012：高斯波速的二次谐波产生
Comsol经典实例012: 高斯波速的二次谐波产生激光系统是现代电子技术中的一个重要应用领域。
激光束的生成方法有很多种, 这些方法有个共同点: 波长由受激发射决定, 而受激发射取决于材料参数。
通常很难生成具有短波长的激光。
但是, 如果使用非线性材料, 就有可能产生频率为激光频率数倍的谐波。
通过使用二阶非线性材料可生成波长为基频光束波长一半的相干光。
本案例演示了如何设置非线性材料属性, 通过瞬态波仿真产生二次谐波。
模型中一束波长为1.06μm的激光聚焦于非线性晶体, 光束的腰部落于晶体内。
在激光的传播过程中, 大部分能量都集中在传播轴附近, 在求解麦克斯韦方程时可以近轴近似, 由此获得高斯波束。
一、物理场选择及预设研究Step01: 打开comsol软件, 单击“模型向导”选项创建模型, 在模型的“选择空间维度”界面选择“二维”, 在“选择物理场”界面分别选择“光学→波动光学→电磁波, 瞬态（ewt）”, 单击“添加”按钮。
对应变量设置完毕以后, 单击“研究”按钮, 在“选择研究”树中添加“预设研究”中的“瞬态”研究, 单击“完成”按钮进入软件主界面, 如图1所示。
图1 软件主界面二、全局定义1.参数Step02: 参数设置。
在模型开发器窗口的全局定义节点下, 单击“参数”子节点, 在“参数”设置窗口中, 定位到“参数”栏, 输入如图2所示的参数。
图2 设置全局参数2.解析定义Step03: 在“主屏幕”工具栏中单击“函数”选项, 在下拉菜单中选择“全局→解析”选项。
单击“解析1”子节点, 在“解析”设置窗口中, 定位到“函数名称”栏, 在文本输入框中输入“w”；定位到“定义”栏, 在“表达式”文本输入框中输入“w0*sqrt(1+(x/x)^2)”；定位到“单位”栏, 在“变元”文本输入框中输入“m”, 在“函数”在文本输入框中输入“m”,如图3所示。
Step04：在“主屏幕”工具栏中单击“函数”选项, 在下拉菜单中选择“全局→解析”选项。
comsol培训的仿真实例课件
帮助 取消 完成
选择空间维度
MSOL
选择物理场 选择求解按案 6为选定物理场预置求解流体传热thu管中传热(hp) 地 态)用生物传热(0海 夹 传 热(htsh) 定 制 求 解电题热其然 附加求蝶额 动 括 巨林Ⅲ 热电效应 物理场列数：光 掌 2. 电流(ec3)等 商 子 体 后国体传热 (h3)多 物 通 场物理场列表： 电 燃 热 源(emh3)边界电磁热潭(bemh3)电 流(ec2) 温 卖 规 合(x3)4.Multiphysics物理场翻助 臧COMSOL
OMSOL
293 K
热膨胀：应力-应变
内部热载荷根据温度自动计算
固定约束
固定约束
OMSOL
· 扩展-参数化扫描几何一三维非线性强耦合模型· 添加更多物理场- 添加瞬态效应
·计算得到电势、温度和位移
结果：微阻梁
OMSOL
建模过程
· Microresister
MSOL
三维
一 维
零维
· 选择模型向导；三维：
· 几何模型如图所示：
几何
OMSOL
文件 主屏幕组 增加组件 件 1 、模型
定义P₁ 参数a= 变量f(x)函 数定义
几何 物理场 网格导 入coLiveLink, 构建所有几何
求解 结果 增加材料浏览材料
最近的材料COMSOL 材料库4 基本材料AirAcrylic plasticAlumina中Aluminum 3003-H18中Aluminum 6063-T83中AluminumAmerican red oakBeryllium copper UNS C17200 中Brick中Cast ironConcreteCopperFR⁴(Circut Board)
Comsol经典实例008：热水杯静止散热
Comsol经典实例008：热水杯静止散热对流传热是物质之间传热的一种基本方式。
热量传递过程是工程热物理学的重要研究内容。
在工程上，对流传热是依靠流体质点的移动进行热量传递的。
本例中仿真模拟了水杯中的流体对流传热过程，主要过程是热源项将热流传递给水杯壁面，然后再由水杯壁面传递给水杯内的水。
Step01：打开comsol软件，单击“模型向导”选项创建模型，在模型的“选择空间维度”界面选择“二维轴对称”，在“选择物理场”界面分别选择“流体流动→单相流→层流（spf）”和“传热→流体传热（ht）”。
对应变量设置完毕以后，单击“研究”按钮，在“选择研究”树中添加“一般研究”中的“瞬态”研究，单击“完成”按钮进入软件主界面，如图1所示。
图1 软件主界面Step02：本例针对二维轴对称杯子内的流体对流传热进行仿真，需要首先在全局参数中定义杯子的半径、高度、厚度等参数，如图2所示。
Step03：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“变量”选项，在其中定义热源变量，如图3所示。
图2 设置杯子的参数图3 定义热源变量Step04：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“共享属性”，并在下一级子菜单中选项“环境属性”，添加一个“环境属性1（ampr1）”节点，如图4所示。
图4 设置“环境属性1（ampr1）”节点参数Step05：单击“几何1”节点，对几何体进行初始化定义，将几何体长度单位定义为“米（m）”，“默认修复容差”定义为“相对”，并将量级定义为10-6（10E6），如图5所示。
图5 几何体定义的设置方法Step06：绘制第一个多边形。
在“几何”工具栏单击“多边形”选项进行第一个多边形绘制，以“矢量”方式进行绘制，半径（r）和高度（z）均使用全局参数进行定义，如图6所示。
图6 绘制第一个多边形Step07：绘制第二个多边形。
同样以“矢量”方式进行绘制，绘制方法和绘制结果如图7所示。
comsolmultiphysics精典实例直线电机建模仿真
模型描述 – 方程
在二维问题中，COMSOL利用磁势A的静磁方程求解该问题
01r1Az 0 0 1 1 rr 1 1B BrryxJze
结果
Z分量的电势分布
感 谢
COMSOL AC/DC模块培训
主讲人： 上海中仿科技
利用COMSOL计算直线电机
直线电机是一种不用其他装置就能产生直线运动的 电机设备。沿半径方向把旋转电机的定子和转子切开，产 生一个直线推力，就成了直线电机。
AC/DC_Module/Motors_and_Drives/coil_LEM
模型描述 –几何
comsol案例
comsol案例Comsol案例。
最近，我在工程领域中使用了Comsol Multiphysics软件进行了一些仿真分析，我想在这里分享一些我使用Comsol的案例以及一些心得体会。
首先，我想谈谈使用Comsol进行热传导仿真的经验。
在我的项目中，我需要对一个导热材料进行热传导性能的分析。
通过Comsol软件，我能够轻松地建立起材料的热传导模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。
我发现Comsol提供了丰富的材料性能库，这使得我能够快速地找到我需要的材料参数，并且在仿真过程中进行调整。
通过Comsol的热传导模块，我成功地得到了材料在不同温度下的热传导性能，这对于我后续的工程设计提供了重要的参考。
其次，我还使用Comsol进行了电磁场仿真。
在我的项目中，我需要对一个电磁场传感器进行性能分析。
通过Comsol的电磁场模块，我能够建立起传感器的电磁场模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。
我发现Comsol提供了丰富的电磁场求解器，这使得我能够快速地得到传感器在不同工况下的电磁场分布情况，这对于我后续的传感器设计提供了重要的指导。
最后，我还使用Comsol进行了流体力学仿真。
在我的项目中，我需要对一个流体管道进行流动特性的分析。
通过Comsol的流体力学模块，我能够建立起管道的流体力学模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。
我发现Comsol提供了丰富的流体力学模型，这使得我能够快速地得到管道在不同流速下的流动特性，这对于我后续的管道设计提供了重要的参考。
总的来说，我对Comsol Multiphysics软件的使用体验非常好。
它提供了丰富的物理建模模块，使得我能够进行多种物理场耦合的仿真分析。
同时，Comsol的后处理功能也非常强大，使得我能够直观地得到仿真结果并进行分析。
希望我的经验能够对大家在工程领域中使用Comsol进行仿真分析有所帮助。
COMSOL仿真实例-电磁屏蔽对比(Electric Shielding Comparison)
几何1 正方形1：在几何工具栏中，点击图元中的正方形；
在设定窗口中的位置下x值填写0.05； 正方形2：在几何工具栏中，点击图元中的正方形；
在设定窗口中的位置下x值填写-1.05； 点击构建所有对象键； 在图形窗口点击缩放到视窗大小键
圆1：在几何工具栏中，点击图元中的圆； 在设定窗口中，半径值填写0.245；x值为0.55，y值为0.5；
电流 接地1：在物理场工具栏中，点击边界中的接地；
选择边界10（点击粘贴选择键，填入数字后确定）；
comsol 案例
comsol 案例Comsol 案例。
在工程领域，仿真分析是一项非常重要的工作，它可以帮助工程师们更好地理解和预测各种物理现象，从而指导工程设计和优化。
而 Comsol Multiphysics 软件作为一款多物理场仿真软件，被广泛应用于各种工程领域，为工程师们提供了强大的仿真分析工具。
在本文中，我们将介绍一些使用 Comsol Multiphysics 软件进行仿真分析的案例，以展示该软件在工程实践中的应用价值。
首先，我们来看一个热传导问题的仿真案例。
假设我们需要设计一个电子设备的散热系统，我们可以利用 Comsol 软件对该系统进行热传导仿真分析。
通过建立相应的热传导模型，设置材料的热导率、边界条件和热源等参数，我们可以得到散热系统在不同工况下的温度分布和热流分布，从而指导散热器的设计和优化。
接下来，让我们看一个电磁场仿真案例。
假设我们需要设计一个电磁传感器，我们可以利用 Comsol 软件对该传感器的电磁场进行仿真分析。
通过建立相应的电磁场模型，设置材料的电磁特性、电流源和边界条件等参数，我们可以得到传感器在不同工作频率下的电磁场分布和传感特性，从而指导传感器的设计和优化。
此外，我们还可以利用 Comsol 软件进行流体力学仿真分析。
假设我们需要设计一个微流控芯片，我们可以利用 Comsol 软件对该芯片的流体力学特性进行仿真分析。
通过建立相应的流体力学模型，设置流体的性质、微通道的结构和边界条件等参数，我们可以得到微流控芯片在不同流速和压力下的流场分布和混合效应，从而指导芯片的设计和优化。
总的来说，Comsol Multiphysics 软件作为一款多物理场仿真软件，在工程实践中具有广泛的应用前景。
通过上述案例的介绍，我们可以看到该软件在热传导、电磁场和流体力学等领域的仿真分析中发挥着重要的作用，为工程师们提供了强大的仿真分析工具，帮助他们更好地理解和预测各种物理现象，指导工程设计和优化。
comsol单模光纤仿真案例
Step-Index FiberIntroductionThe transmission speed of optical waveguides is superior to microwave waveguides because optical devices have a much higher operating frequency than microwaves, enabling a far higher bandwidth.Today the silica glass (SiO 2) fiber is forming the backbone of modern communication systems. Before 1970, optical fibers suffered from large transmission losses, making optical communication technology merely an academic issue. In 1970, researchers showed, for the first time, that low-loss optical fibers really could be manufactured. Earlier losses of 2000 dB/km now went down to 20 dB/km. Today’s fibers have losses near the theoretical limit of 0.16 dB/km at 1.55 μm (infrared light).One of the winning devices has been the single-mode fiber, having a step-index profile with a higher refractive index in the center core and a lower index in the outer cladding. Numerical software plays an important role in the design of single-mode waveguides and fibers. For a fiber cross section, even the most simple shape is difficult and cumbersome to deal with analytically. A circular step-index waveguide is a basic shape where benchmark results are available (see Ref. 1).This example is a model of a single step-index waveguide made of silica glass. The inner core is made of pure silica glass with refractive index n 1 = 1.4457 and the cladding is doped, with a refractive index of n 2 = 1.4378. These values are valid for free-space wavelengths of 1.55 μm. The radius of the cladding is chosen to be large enough so that the field of confined modes is zero at the exterior boundaries.For a confined mode there is no energy flow in the radial direction, thus the wave must be evanescent in the radial direction in the cladding. This is true only ifOn the other hand, the wave cannot be radially evanescent in the core region. ThusThe waves are more confined when n eff is close to the upper limit in this interval.n eff n 2>n 2n eff n 1<<Model DefinitionThe mode analysis is made on a cross-section in the xy -plane of the fiber. The wave propagates in the z direction and has the formwhere ω is the angular frequency and β the propagation constant. An eigenvalue equation for the electric field E is derived from Helmholtz equationwhich is solved for the eigenvalue λ = −j β.As boundary condition along the outside of the cladding the electric field is set to zero. Because the amplitude of the field decays rapidly as a function of the radius of the cladding this is a valid boundary condition.Results and DiscussionWhen studying the characteristics of optical waveguides, the effective mode index of a confined mode,as a function of the frequency is an important characteristic. A common notion is the normalized frequency for a fiber. This is defined aswhere a is the radius of the core of the fiber. For this simulation, the effective mode index for the fundamental mode, 1.4444 corresponds to a normalized frequency of4.895. The electric and magnetic fields for this mode is shown in Figure 1 below.E x y z t ,,,()E x y ,()e j ωt βz –()=∇∇E ×()×k 02n 2E –0=n eff βk 0-----=V 2πa λ0----------n 12n 22–k 0a n 12n 22–==Figure 1: The surface plot visualizes the z component of the electric field. This plot is for the effective mode index 1.4444.Reference1. A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, 5th ed., Oxford University Press, 1997.Model Library path: RF_Module/Tutorial_Models/step_index_fiberModeling InstructionsFrom the File menu, choose New.N E W1In the New window, click Model Wizard.M O D E L W I Z A R D1In the Model Wizard window, click 2D.2In the Select physics tree, select Radio Frequency>Electromagnetic Waves, Frequency Domain (emw).3Click Add.4Click Study.5In the Select study tree, select Preset Studies>Mode Analysis.6Click Done.G E O M E T R Y11In the Model Builder window, under Component 1 (comp1) click Geometry 1.2In the Settings window for Geometry, locate the Units section.3From the Length unit list, choose µm.Circle 1 (c1)1On the Geometry toolbar, click Primitives and choose Circle.2In the Settings window for Circle, locate the Size and Shape section.3In the Radius text field, type 40.4Click the Build Selected button.Circle 2 (c2)1On the Geometry toolbar, click Primitives and choose Circle.2In the Settings window for Circle, locate the Size and Shape section.3In the Radius text field, type 8.4Click the Build Selected button.M A T E R I A L SMaterial 1 (mat1)1In the Model Builder window, under Component 1 (comp1) right-click Materials and choose Blank Material.2Right-click Material 1 (mat1) and choose Rename.3In the Rename Material dialog box, type Doped Silica Glass in the New label text field.4Click OK.5Select Domain 2 only.6In the Settings window for Material, click to expand the Material properties section. 7Locate the Material Properties section. In the Material properties tree, select Electromagnetic Models>Refractive Index>Refractive index (n).8Click Add to Material.9Locate the Material Contents section. In the table, enter the following settings:Property Name Value Unit Property groupRefractive index n 1.44571Refractive indexMaterial 2 (mat2)1In the Model Builder window, right-click Materials and choose Blank Material.2Right-click Material 2 (mat2) and choose Rename.3In the Rename Material dialog box, type Silica Glass in the New label text field. 4Click OK.5Select Domain 1 only.6In the Settings window for Material, click to expand the Material properties section. 7Locate the Material Properties section. In the Material properties tree, select Electromagnetic Models>Refractive Index>Refractive index (n).8Click Add to Material.9Locate the Material Contents section. In the table, enter the following settings:Property Name Value Unit Property groupRefractive index n 1.43781Refractive indexE L E C T R O M A G N E T I C W A V E S,F R E Q U E N C Y D O M A I N(E M W)Wave Equation, Electric 11In the Model Builder window, expand the Component 1 (comp1)>Electromagnetic Waves, Frequency Domain (emw) node, then click Wave Equation, Electric 1.2In the Settings window for Wave Equation, Electric, locate the Electric Displacement Field section.3From the Electric displacement field model list, choose Refractive index.M E S H11In the Model Builder window, under Component 1 (comp1) click Mesh 1.2In the Settings window for Mesh, locate the Mesh Settings section.3From the Element size list, choose Finer.4Click the Build All button.S T U D Y1Step 1: Mode Analysis1In the Model Builder window, under Study 1 click Step 1: Mode Analysis.2In the Settings window for Mode Analysis, locate the Study Settings section.3In the Search for modes around text field, type 1.446. The modes of interest have an effective mode index somewhere between the refractive indices of the two materials. The fundamental mode has the highest index. Therefore, setting the mode index to search around to something just above the core index guarantees that the solver will find the fundamental mode.4In the Mode analysis frequency text field, type c_const/1.55[um]. This frequency corresponds to a free space wavelength of 1.55 μm.5On the Model toolbar, click Compute.R E S U L T SElectric Field (emw)1Click the Zoom Extents button on the Graphics toolbar.2Click the Zoom In button on the Graphics toolbar.3The default plot shows the distribution of the norm of the electric field for the highest of the 6 computed modes (the one with the lowest effective mode index).To study the fundamental mode, choose the highest mode index. Because the magnetic field is exactly 90 degrees out of phase with the electric field you can see both the magnetic and the electric field distributions by plotting the solution at a phase angle of 45 degrees.Data Sets1In the Model Builder window, expand the Results>Data Sets node, then click Study 1/ Solution 1.2In the Settings window for Solution, locate the Solution section.3In the Solution at angle (phase) text field, type 45.Electric Field (emw)1In the Model Builder window, under Results click Electric Field (emw).2In the Settings window for 2D Plot Group, locate the Data section.3From the Effective mode index list, choose 1.4444 (2).4In the Model Builder window, expand the Electric Field (emw) node, then click Surface 1.5In the Settings window for Surface, click Replace Expression in the upper-right corner of the Expression section. From the menu, choose Model>Component1>Electromagnetic Waves, Frequency Domain>Electric>Electric field>emw.Ez - Electricfield, z component.6On the 2D plot group toolbar, click Plot.Add a contour plot of the H-field.7In the Model Builder window, right-click Electric Field (emw) and choose Contour.8In the Settings window for Contour, click Replace Expression in the upper-right corner of the Expression section. From the menu, choose Model>Component1>Electromagnetic Waves, Frequency Domain>Magnetic>Magnetic field>emw.Hz -Magnetic field, z component.9On the 2D plot group toolbar, click Plot. The distribution of the transversal E and H field components confirms that this is the HE11 mode. Compare the resulting plot with that in Figure 1.。
Comsol经典实例010：相场液滴滴落
Comsol经典实例010：相场液滴滴落对于飞机的气动和结构设计而言，增升、减阻、降噪和减重是实现飞机提高经济性、安全性和舒适性等指标的重要发展方向。
雨滴撞击飞机表面是飞机飞行安全的重要隐患。
下雨天，飞机部件的迎风表面上会因为云层中过冷水滴的撞击而结冰，机翼表面会结冰，将会影响气动外形，增大飞行阻力，减少升力。
机翼表面形成的不规则结冰会影响飞机的操纵性和稳定性，会给飞机带来极大的安全隐患。
本案例的模型数值模拟了水滴撞击平板的运动过程，为其在防除飞机飞行过程中机翼结冰方面提供了重要的参考依据。
一、物理场选择Step01：打开comsol软件，单击“模型向导”选项创建模型，在模型的“选择空间维度”界面选择“二维”，在“选择物理场”界面分别选择“流体流动→多相流→两相流，相场→层流”，单击“添加”按钮。
对应变量设置完毕以后，单击“研究”按钮，在“选择研究”树中添加“所选物理场接口的预设研究”中的“包含相初始化的瞬态”研究，单击“完成”按钮进入软件主界面，如图1所示。
图1 软件主界面二、几何设置本案例无需定义全局参数，在完成案例模型的初始化以后，就可以进入几何设置步骤。
本案例的二维几何模型由矩形和圆组成，绘制方法比较简单。
Step02：设置几何节点的属性。
右键单击“几何1”节点，定义到“长度单位”栏，将长度单位设置为mm；定位到“高级”栏，在“默认修复容差”下拉菜单中选择“相对”，如图2所示。
图2 几何节点的属性Step03：添加一个矩形。
右键单击“几何1”节点，在弹出的下拉菜单中选择“矩形”，定位到“大小和半径”栏，在“宽度”文本输入框中输30，在“高度”文本输入框中输10，单击“构建选定对象”，如图3所示。
Step04：添加一个圆。
右键单击“几何1”节点，在弹出的下拉菜单中选择“圆”，定位到“大小和半径”栏，在“半径”文本输入框中输入1；定位到“位置”栏，在“x”文本输入框中输入16，在“y”文本输入框中输入3，单击“构建选定对象”，如图4所示。
comsol培训的仿真实例
(T )
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
0.1 V
接地 (0 V) 所有其他表面与干燥空气相邻且电绝缘
传热
参数化扫描
• 点击主屏幕-求解-参数化扫描。 • 添加参数化扫描范围range(3,1,7)。 • 点击计算。
等效应力分布
组件耦合操作
• 点击定义-组件-耦合-平均。 • 选择设置区域为1。
功能区按钮操作绝大部分都 可通过右击模型树节点代替！
平均温度分布
• 点击一维绘图组-全局。 • 输入全局表达式：aveop1(T)。
平均温度分布
• 点击绘图。 • 不同参数下的平均温度如图：
+流体+声学+化工等等
更多物理场耦合添加
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。
传热边界
• • • • • 点击固体传热-边界-热通量。 设置对应边界为所有边界 （去除1、14）。 选择向内热通量，传热系数为5。 外部温度293。
网格、计算
• 点击网格1，设置尺寸较细化。 • 点击构建网格。 • 点击计算。
• 点击构建选定
Байду номын сангаас何
• 点击工作平面-比例；设置比例因子：0.8； • 缩放中心：xw=5；勾选保留输入对象；点击创建选定。
几何
• 点击工作平面-差集； • 选择增加对象、减去对象（活动鼠标滑轮选择不同区域） • 点击创建选定。
Comsol经典实例015：殷刚的热变形
Comsol经典实例015：殷刚的热变形初始温度为20℃的刚性轴，一端插入极端环境试验箱中加热或降温，另一端在常温环境下，中间绝热。
本案例仿真出稳定后根轴的温度场分布和热变形量。
本案例中极端环境温度为-100~100℃，以10℃为步长，常温环境温度为20℃。
长度为（30+70）mm，直径为20mm，刚性轴为实心，材料为殷钢。
一、物理场选择及因变量设置Step01：打开comsol软件，单击“模型向导”选项创建模型，在模型的“选择空间维度”界面选择“二维轴对称”，在“选择物理场”界面分别选择“传热→固体传热（ht）”和“结构力学→固体力学（solid）”，单击“添加”按钮。
对应变量设置完毕以后，单击“研究”按钮，在“选择研究”树中添加“一般研究”中的“稳态”研究，单击“完成”按钮进入软件主界面，“传热→固体传热（ht）”如图1所示。
图1 软件主界面二、全局参数设置Step02：在模型开发器中，单击“全局定义”节点下的“参数1”子节点，输入如图2所示的全局参数变量。
图2 设置全局参数三、几何模型Step03：单击“几何”节点，定位到“单位”栏，在“长度单位”下拉列表中选择mm。
右键单击“几何1”节点，在弹出的菜单中选择“矩形”，在“矩形”设置窗口，定位到“大小”栏，在“高度”文本输入框中输入“r_c/2”，在宽度文本输入框中输入200；定位到“层”栏，在“层1”的“厚度”文本输入框中输入140。
单击“构建选定对象”，如图3所示。
四、函数定义右键单击“定义”节点，在下拉菜单中选择“函数”，然后选择“插值”，在“插值”设置窗口，定位到“函数名称”栏，在数据输入栏中分别输入“700，-100”和“700.001,100”，单击“绘制”，如图4所示。
图3 创建“矩形1”图4 定义函数五、材料定义Step05：在“材料”工具栏中单击“添加材料”按钮。
在“添加材料”设置窗口中选择材料“Invar [solid,calculated from the single crystal compliances]”，如图4所示。
comsol仿真案例
comsol仿真案例Comsol仿真案例。
在工程领域，仿真技术被广泛应用于产品设计、工艺优化、性能预测等方面。
Comsol Multiphysics作为一款多物理场仿真软件，具有强大的建模和求解能力，能够模拟电磁、结构力学、流体力学等多个物理场的耦合效应，为工程师和科研人员提供了强大的工具来解决复杂问题。
本文将以一个实际案例来介绍Comsol Multiphysics的仿真应用。
我们将以磁场传感器的设计为例，展示如何利用Comsol进行多物理场的仿真分析。
首先，我们需要建立磁场传感器的几何模型。
在Comsol中，可以通过几何建模模块来创建传感器的三维几何结构，包括传感元件的形状、尺寸和材料属性等。
在建模过程中，可以直观地观察和调整传感器的几何参数，以满足设计要求。
接下来，我们需要定义磁场传感器的物理特性。
通过Comsol的物理场模块，可以添加磁场、电磁感应等物理场效应，并设置材料的磁性参数、电导率等物理属性。
这些物理特性将直接影响传感器的性能和响应。
然后，我们可以进行多物理场的耦合仿真。
Comsol Multiphysics能够同时求解多个物理场的方程，并考虑它们之间的相互作用。
在磁场传感器的案例中，我们可以将磁场、电磁感应和结构力学等物理场进行耦合，分析传感器在外部磁场作用下的响应和变形情况。
在仿真过程中，可以通过Comsol的后处理模块来可视化仿真结果，包括磁感应强度分布、电流密度分布、应力应变分布等。
这些结果能够直观地展现传感器的工作状态和性能表现，为设计优化和性能预测提供重要参考。
最后，我们可以通过参数化设计和优化算法，对传感器的关键参数进行调整和优化。
Comsol Multiphysics提供了丰富的参数化建模和优化工具，能够快速高效地进行设计方案的评估和优化，以实现传感器性能的最大化。
总的来说，Comsol Multiphysics作为一款多物理场仿真软件，能够为工程师和科研人员提供强大的仿真分析工具，帮助他们解决复杂的工程和科学问题。
comsol仿真案例
comsol仿真案例Comsol仿真案例。
在工程领域，仿真技术扮演着越来越重要的角色。
Comsol Multiphysics作为一款多物理场仿真软件，被广泛应用于各种工程领域，如电子、光学、声学、热力学等。
本文将介绍一个基于Comsol Multiphysics的仿真案例，以展示其在工程实践中的应用。
我们选择了一个热传导问题作为仿真案例。
假设我们需要设计一个具有特定热传导特性的材料结构，以满足某种工程需求。
在这种情况下，我们可以利用Comsol Multiphysics进行热传导仿真，以验证设计方案的可行性。
首先，我们需要建立仿真模型。
在Comsol Multiphysics中，我们可以通过几何建模模块构建材料结构的几何形状，然后定义材料的热传导特性。
接下来，我们需要设置边界条件和初始条件，以模拟材料结构在特定工况下的热传导行为。
然后，我们可以进行仿真计算。
Comsol Multiphysics提供了强大的求解器，可以有效地求解多物理场耦合问题。
通过设置仿真参数和求解选项，我们可以对材料结构的热传导行为进行精确的数值模拟。
在仿真计算完成后，我们可以对结果进行后处理分析。
Comsol Multiphysics提供了丰富的后处理功能，可以直观地展示仿真结果，如温度分布、热通量、热传导路径等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估设计方案的优劣，并进行必要的优化调整。
通过以上仿真案例，我们可以看到Comsol Multiphysics在工程实践中的重要作用。
它不仅可以帮助工程师们快速准确地验证设计方案，还可以为工程问题的解决提供有力的支持。
因此，Comsol Multiphysics已经成为许多工程领域不可或缺的仿真工具之一。
总的来说，通过本文介绍的Comsol仿真案例，我们可以更好地了解和认识这款多物理场仿真软件在工程实践中的应用。
希望本文能够对工程领域的从业人员有所帮助，也希望Comsol Multiphysics在未来能够为更多工程问题的解决提供支持和帮助。
COMSOL稳态和瞬态的机械性能仿真案例教学
COMSOL稳态和瞬态的机械性能仿真案例教学新建1. 新建→模型向导→三维2. 选择物理场：固体力学，增加→研究3. 选择研究：预置研究稳态/特征频率，完成建模4. 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5. 网格：“序列类型”默认是“物理场控制网格”；6. 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；材料参数7. 顶部工具栏：增加材料；8. 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；这里主要是密度，泊松比，杨氏模量；载荷9. 固体力学，右键，“固定约束”，选择“边界”；（研究稳态时，添加边界载荷，具体和下面的瞬态计算类似，不做赘述）；研究：结果10. 右键，“计算”；11. 仿真完成后，结果下面自动出现“振型”，振型→表面，出现仿真结果图；表面→变形，可看到“比例因子”，即仿真结果的放大倍数，改变“比例因子”为1，可以看到真实形变。
12. 点击“振型”，可在“三维绘图组”内，点击“特征频率”，可看到一阶，二阶，三阶……的频率；瞬态-正弦冲击仿真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，时间单位：可设置为ms，时间：设置仿真时间范围及步长；设置正弦脉冲函数16. 全局定义：右键，“函数”→“分段”；以时间t为变量，设置分段函数各段值；以500g，1ms为目标，第二段为“500*sin(3.14*1e3*(t-0.001))” ；“单位”：参变量t设为“s”，函数设为“1”；17. 点“绘制”，得到正弦波形曲线；载荷18. 固体力学：右键，“体积力”→“体载荷”；19. 体载荷：载荷类型：单元体积载荷力，Fv=F/V=mg/V=ρVg/V=ρg；在Z轴上加载：impulse(t)*g_const*solid.rho；其中，g_const为重力加速度，solid.rho 为密度；研究：应力20. 右键，“计算”；21. 仿真完成后，结果下面自动出现“应力”；应力→表面，得仿真结果图；通常单位选MPa；22. 派生值→“体最大值”，选solid.mises 计算；23. 仿真图下方出现“表格1”，自动将“应力” 和“时间”的对应变化列表出来。
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Microresister
建模过程
模型向导
• 选择模型向导；三维：
模型向导
• 点击焦耳热-增加-求解；稳态-完成：
几何
• 点击几何，设置长度单位：um • 点击功能区几何-工作面；xz平面：
几何
• 右击工作平面-面几何，选择多边形； • 在多边形坐标中分别输入：
– Xw: 0 2 8 10 – Yw: 0 3.4 3.4 0
参数化扫描
• 点击主屏幕-求解-参数化扫描。 • 添加参数化扫描范围range(3,1,7)。 • 点击计算。
等效应力分布
组件耦合操作
• 点击定义-组件-耦合-平均。 • 选择设置区域为1。
功能区按钮操作绝大部分都 可通过右击模型树节点代替！
平均温度分布
• 点击一维绘图组-全局。 • 输入全局表达式：aveop1(T)。
• 点击构建选定
几何
• 点击工作平面-比例；设置比例因子：0.8； • 缩放中心：xw=5；勾选保留输入对象；点击创建选定。
几何
• 点击工作平面-差集； • 选择增加对象、减去对象（活动鼠标滑轮选择不同区域） • 点击创建选定。
几何
• 点击几何-拉伸；设置拉伸长度为1.2。 • 点击构建选定。
(T )
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
0.1 V
接地 (0 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 = 29
热膨胀：应力-应变
固定约束
固定约束 内部热载荷根据温度自动计算
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
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。
传热边界
• • • • • 点击固体传热-边界-热通量。 设置对应边界为所有边界 （去除1、14）。 选择向内热通量，传热系数为5。 外部温度293。
网格、计算
• 点击网格1，设置尺寸较细化。 • 点击构建网格。 • 点击计算。
温度分布
电势分布
增加结构场
• 点击物理场-增加物理场 • 选择固体力学，增加到组件。
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。
平均温度分布
• 点击绘图。 • 不同参数下的平均温度如图：
+流体+声学+化工等等
更多物理场耦合添加
几何
• 点击几何-圆柱体；设置尺寸（0.4,5），位置（5,-0.6,0）。 • 点击几何功能区差集，设置如下；点击创建选定。
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
• 点击物理场-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
COMSOL Multiphysics
Microresister Minicourse
演示：微型电阻梁
施加在电阻梁上的电压产生电阻热 加热结构导致热膨胀 材料属性随温度变化
问：最大温度？形变和应力？
耦合三个物理场
热传导
域
电流守恒
(kT ) Q
Q J E V
2
(V ) 0