COMSOL之二十大使用技巧竅門

1、-/COMSOL Multiphysics 之大使用技巧全局約束對于多物理仿真，添加全局約束是COMSOL非常有用的功能之一。例如，對于一個涉及傳熱的仿真，希望能夠調(diào)整熱源 Q_0的大小，從而使得某一位置處的溫度 T_probe恒定在指定值T_max，我們可以直接將這個全局約束添加進(jìn)來即可。茯fl（犀a定-廣女倚磚的諂則5 ： =lcVi I G *誹姐：一曙fl苗棒7IS 邊 5總用卅闔-，-辰m元前如|卑元卜. !村料莊卿傳：-導(dǎo)扎.VSfl召0不IhJiJt d_kriJt 二 p_kru：0.0導(dǎo)不也尢F甲忡盼 F*irjKg/V0.加白常圧熱春 *廠卩曲生氏/哌岳斟# |_ 析訴fc

2、j ODE 設(shè)圭萬 H It： f：u. nt J Utt, ti - 亞書璃S稱（山 Q_0_方 ft 式 fCu, ut Utt, G r_pi-ob#p別帝値 Multidisc ip li nary PID co ntrol ）。需 要添加的PID算法約束如下式：% =如丄-認(rèn)）+町2 7/必+如敘-70Upper inletMeasuremenc pointtontnolJed inlet1Outlet-0.014-0.01OOM0 0.002o.ooe 0.01 0.012要添加上述約束，除變上限積分項外，另外兩項都可以很容易的在邊界條件中的“入口流速”設(shè)置中直接定義。因此，這個變

3、上限積分需要轉(zhuǎn)化成一個ODE，作為全局約束加入。令intd int(conc c_set)dt，方程兩邊同對時間t求導(dǎo)，得到廿conc c_set。在COMSOL中，變量U對時間的導(dǎo)數(shù)，用 ut表示。因此變量int的時間導(dǎo)數(shù)即為intt。利用COMSOL的“ ODE設(shè)定”，我們可以很容易的將intt-(conc-c_set)=0這個ODE全局約束添加入模型之中。* %iff i 4 is Chemical engineering absorption ）PlotOLElsr卑.J _ u _ *:J ails =ii忍去*,a用冷質(zhì)用r li h點 中也e，巾帥stt h 4 這ri： fif

4、It握*%(1詵！tt捉號白動o*為Ia -E l A _3 了 L. 2. 1、輩.tlKT Fk-rta liiJM did 顯 4nC-vl bttJ _ko-fnc rnoUm ntt IteJ/lb ?*s J-/時間積分現(xiàn)在我們已經(jīng)可以在 COMSOL中方便的定義任意一個變量 U及其表達(dá)式的時間微分（ut）、空間微分 （ux，uy，uz）、空間積分（積分耦合變量）。那么對于時間的積分如何處理呢？COMSOL當(dāng)然也提供了這項功能。對于時間的積分項的處理，COMSOL也是通過ODE的設(shè)定來實現(xiàn)的。例如前例中，我們已經(jīng)可以利用一個邊界積分耦合變量來描述某個時刻流出的物質(zhì)量?，F(xiàn)在我們進(jìn)一步

5、，需要知道一段時間內(nèi)總的物質(zhì) 流出量Totm ass：TotmassFlowoutdt=dTOtmassFlow outdt將方程兩邊同對時間 tCOMSOL的“ ODE設(shè)定”功能便可以定義這個新的變量求導(dǎo)后就變成了一個 ODE方程，類似于定義一個全局約束那樣，我們使用Tot_mass。rot_UE3ODE iSH f或：ub 1、- eIO俺域.|宕w.i方用式f-u.*初te育3 押抬I自，Tot J17IC-F Tot 界斗口ijTa0/ .X/C，3F flS 61 r 哼a 卷|c用rj （E弄H盯問采用ODE進(jìn)行時間積分，有維度），則需要采用耦合一個a Ila z0.1僅僅只能對標(biāo)

6、量進(jìn)行積分，如果是想對求解域內(nèi)的某個值進(jìn)行積分（通常具PDE應(yīng)用模式的方法，通過修改 PDE方程，使其滿足對時間的常微分方程形式，然后在求解中可以得到對時間的積分結(jié)果。四、停止條件在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解時，COMSOL迭代求解當(dāng)然是以收斂條件滿足作為計算的停止條件。但是在瞬態(tài)分析的情況下，計算何時停止就可由用戶自行選擇了。與其他仿真軟件類似，COMSOL默認(rèn)的瞬態(tài)分析停止條件就是遍歷用戶使定的時間范圍后，計算停止。但是除此之外，COMSOL還可以提供一種更為靈活而且強大的功能，就是允許用戶選擇讓軟件自動檢測計算結(jié)果中的某一變量或表達(dá)式，當(dāng)該變量或表達(dá)式滿足一 定條件時，計算停止。例如上例中，我們可以讓

7、流出物質(zhì)的總量達(dá)到指定值時，計算自動停止。求s* aI通刮時旬歩悴至如il冋E5P 捋韋盯問方迭：衙出時冋W眄3 St 親 a 才 afff t IF s .去T駅*尚忙廠 K 時舊申時間if |ri pfc 時丸時K IS S ffl * KiPJ 氐得止茶Rfr：*覆 A 小5耳BDF 旳 R-BDF 購 RS *矩耳:J e r.自創(chuàng)布爾表達(dá)式ii毘vpiT L汞飛 s ft JII爲(wèi)吐COMSOL的停止條件使用的是布爾表達(dá)式。布爾表達(dá)式運算的結(jié)果大于零，則表示有效，此時停止條件滿 足，計算停止；當(dāng)布爾運算結(jié)果小于或者等于零，則表示無效，停止條件不滿足，計算繼續(xù)進(jìn)行。需要注 意的是，這里

8、的表達(dá)式，通常是對某個標(biāo)量進(jìn)行求解的結(jié)果。五、非線性特征值問題求解方程的特征值是仿真中經(jīng)常碰到的一類問題。問題線性度比較好的時候，方程的系數(shù)與方程的解 變量U不存在函數(shù)關(guān)系，這樣的方程很容易解；反過來，方程特征值也很容易求。但是有時候我們會碰到 非線性比較強的問題， 方程的系數(shù)本身就是解變量 U的函數(shù)。對于正問題，COMSOL很容易“求解域設(shè)定” 中，定義方程的某些系數(shù)是解變量的函數(shù)，然后利用COMSOL提供的非線性求解器完成求解。但是對于非線性很強的逆問題又該如何定義呢？這里有一個很好用的技巧，就是使用全局約束對特征值先進(jìn)行一下 歸一化，在這里定義特征值與解變量相關(guān)。例如PDE方程U U 1

9、,其中 即為特征值（下圖中的 Lambda）。我們可以先添加全局約束，定義E=1，而E其實是一個積分耦合變量，對應(yīng)于解變量U2在求解域上的積分。通過這樣操作，我們就把Lambda和解變量u建立的聯(lián)系，然后使用 COMSOL提供的非線性求解器完成求解。7- du + 7) + au +8 勺匚聳違送組：借悻戈 zie慕埶初皓*元貳Vig ；二PDE輪封系數(shù)Caplafchda1厲謹(jǐn) 擴敢 囁收 ?R坯 圧S方近？ l(u 譏 Ut L I J = (n狀態(tài)殞應(yīng)IZ Q)方尼 Itt? FJ Sa 值 I.Q! VJ EJ fe I.itlaibda |1-丘CI戟警器華敎a.P7I赤達(dá)式 u2舒

10、階戟1全局冃鎰GJiJl_balb. sxti . ClIv-L Tz-li.火.(皿電UKtAvLvl thpl* hti3unjaduy* X1*E* T Lhj h. 盂 1*訃4 n #i 血 Cvupl ly 7-HICDwrni 3 =4 Ti(P BM 4 DM】Fi. arr 託：EurfbE. 1 Blip 41* Uh 4 LKj3Q1DLPDLOLJQDffiDHm- #T T3gQI UL O.U? D UQ C.Q4 D (0 Qi 0 5-D Di 叫 CO 如 dC -O.DIM K 申 加Q Q _u -ucm : tfe現(xiàn)在我們在同一模型下可以建立一個新的幾何

11、繞對稱軸旋轉(zhuǎn)而來。在模型樹里可以清楚看到，在Geom2下面沒有任何的方程，當(dāng)然也就沒有什么變量。我們可以利用拉伸耦合變量，將Geoml中的變量T傳遞過來，然后在三維的Geom2中看這個結(jié)果。黑 HxliLuhiin fMJI:Hhiivwn F=l4 dil hSg* Dz FZU 七 V 總ncie吞|F7 ； t a b匕玄 爭卒=糾鋼 角僮別盒血泊口自僅?l+LLnafZC Mix: :?31Emluy 口- lL*t_Tdh 隔 (皿電UKt Qm Ehpr htl 3um:ALK OoL EquiLid f 叩 * IEfZ 畑 r V*-aHjf CiDipiASribdMiin

12、*l巧f-i Pt-iat S電 I 三鼻Mr J lb印i SudHiuD _i bijaduYIlttTLhjnELB 齢 n 5yi 匚匚upT in; 7-mfl. laliii 20.991 Hu. ED%. BSL即m-前00CDwrni 3 =4 tfifl D?LWOL5LODI創(chuàng)LDJDfillAllHh:兇T.W勺 DliJtLIZn iHlijiLcrjtnnL： G .0 s 匚亠g 0.0 tsiiei D-O flWilS GOJU 現(xiàn)血 SIS投影耦合變量是積分耦合變量與拉伸耦合變量的合體。它的用法與拉伸耦合變量非常類似，只不過在 跨幾何傳遞參數(shù)的時候，拉伸耦合變

13、量傳遞的就是變量或者表達(dá)式本身，而投影耦合變量傳遞的是變量或 者表達(dá)式的積分。七、在非線性設(shè)置中調(diào)整瞬態(tài)求解器當(dāng)求解瞬態(tài)非線性問題時，為了提高收斂性和求解器的效率，用戶可以手動調(diào)整求解器的一些參數(shù)， 例如非線性求解器中的迭代步數(shù)、公差因子、阻尼衰減參數(shù)、Jacobian修正方法等。通常情況下，如果在迭代步數(shù)范圍內(nèi)，收斂性較慢，未能在適當(dāng)?shù)牡螖?shù)后得到結(jié)果，可以將迭代 步數(shù)改大。但是這樣做，有時候會產(chǎn)生較大的計算量。當(dāng)非線性較強時，可以將公差因子調(diào)小，這樣做可以控制迭代時的步長，較小的步長受非線性的影響 較小，可能會快速得到結(jié)果，但也有可能會產(chǎn)生較大迭代次數(shù)，增加計算量。阻尼衰減參數(shù)等，可以根

14、據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，用戶可以指定初始值、最小步長、以及最大步長。如 果非線性很強，則應(yīng)該將最小步長改小，反之可以將最大步長調(diào)大。Jacobian修正方法，也可以根據(jù)需要來修改，例如缺省是采用最小值方法，用戶可以修改成每個迭代 都要修改，或每個時間長只進(jìn)行一次修改。修改次數(shù)越多，意味著非線性的影響越小，同樣也意味著計算 量的增加。fei E寸件圖lir吐國成竝I誦宙眄匱歩艮嵩丁至動函E武叮網(wǎng)于*一|傳用諄止?fàn)幋?0F階瓶 小fiPF階iJ: 畀展S電扉:|5于雋S審載:C-= a? (5： 由茨髦S，央左時 時司1?；BX世 圧時I叵問士比蘭由菲竦性ii； S.,町同步初特叮土凋藝 同卡悵:3E

15、 n a SU薩i差B工： 是尢誥址：0制戦125CAE系熱自怡初 垢*常書圖：咀克眶尼拽術(shù)： 眶尼*臥1H F.毛占t手 -r牯月= 5- 最上甩已耳埶 ；:十h莎町!ifi可比停正-陰7-曰八、求解時繪圖邊求解邊繪圖是 COMSOL最強大的后處理工具之一，它允許用戶在求解的過程中，實時觀測到某個 變量或者表達(dá)式的結(jié)果圖。例如在求解相變析出的一類問題，使用邊處理邊繪圖可以實時觀察到相結(jié)構(gòu)的 演變。在COMSOL中要使用這個功能非常簡單，只需要在“求解器設(shè)定”勾選“求解時作圖”的復(fù)選框 就可以了。零單詆屢Htil11的H高時ftttR+ yItIta B s 且a用冇毘.出碗1 PiaK aT

16、 L恬時間t./手卻m節(jié)非n性冋步it時可長i時冋歩K!上累ff卜1)1 -求mK*AJ- ESP山購 異戌s霍n：百BJJS1非絞代百.-1 1m 1 11I1eC1C1C3C1C3C2將C4延長到C3C1C2移除面，并擴展其 他面填補缺口十三、3D模型中抑制對象“抑制”功能是 COMSOL常用的后處理技術(shù)之一。在三維仿真的后處理過程中，用戶可能常常需要 看到內(nèi)部的一些結(jié)構(gòu)上的變量分布。這時就要用到COMSOL的抑制功能。例如前面燈泡的例子，后處理顯示的是三維結(jié)構(gòu)外緣的溫度分布，而我們關(guān)心的實際上是內(nèi)部的溫度 分布，因此可以選擇抑制某些邊界。MB T* Sftw p呻* U_ U 童 diK

17、EQ審 T連!_ Tir 昭巨鬲蠱畫 tf U4 T?芯 tr TT.iJttl迪界M ? B-n 4AS -1- - K i MBi *：SEl丹07J n rr E i卄hdU 446.* I: 1 :o：fcuewi :巨.打 jtti十四、復(fù)雜模型繪圖方屯-津“一F*- 遵一CALiR右宏屋土.1呵庫色“ 違立S.音對3fe-曰空內(nèi)目也F那汩匸a巫幻. 忸耳.3配整圉豐面g n I咐：77pl丨新：SfCOMSOL的幾何建模功能極其強大，其主要體現(xiàn)就在于工作平面的設(shè)定。與很多CAD軟件類似,COMSOL在用戶需要建立復(fù)雜三維幾何模型時，推薦用戶使用工作平面。COMSOL提供了靈活的建立

18、工作平面的方式，用戶可以在不同的工作平面上繪制二維的曲線和實體，然后再拉伸或者旋轉(zhuǎn)成三維。用戶 可以反復(fù)選取工作平面，然后將不同的幾何旋轉(zhuǎn)或者拉伸到同一三維幾何結(jié)構(gòu)中，從而完成復(fù)雜模型的繪 圖。哦黠Bit刮閑* = 偶 妙踐*|歹血ffiKin燼0幫列阿?lr1| |.斫T直平汁邊血度麗1鬲絡(luò)I i-y 7 - #/ I I： 4. 4十五、幾何屬性COMSOL中可以隨時查看幾何對象的屬性，比如如果選中一個三維實體，點擊“幾何屬性”按鈕， COMSOL就會在信息窗內(nèi)給出體積、表面積等信息。選中某兩個點，COMSOL就會給出兩點之間的距離,以及經(jīng)過這兩點的邊的長度等信息。I幾何gtllIIIte

19、flPl Floor I labial Lb)A庚|題. L-i十六、開始命令的命令行選項從操作系統(tǒng)的圖形化界面啟動COMSOL是大家最為熟悉的。但是對于有些特殊的情況，用戶可能會需要從命令行啟動 COMSOL。這種啟動方式其實更為靈活，因為COMSOL提供不少很實用的啟動參數(shù)。Comsolbatch -input test1.mph -output test2.mph這是COMSOL的批處理命令，這種啟動方式允許COMSOL在后臺運行，將test1模型計算后保存成test2文件。在很多大型集群系統(tǒng)中，主節(jié)點的linux系統(tǒng)很可能就沒有圖形化界面，這時就可以利用這條命令，在文本界面下后臺運行C

20、OMSOL OComsol server -port 2233 -multi on在服務(wù)器上運行 COMSOL作為服務(wù)器端應(yīng)用程序，并至定端口。Comsol die nt 在終端運行COMSOL 。Comsol p 8指定COMSOL可以使用的CPU的個數(shù)。Comsol matlab (opens matlab with comsol p ath) 使用命令行啟動 COMSOL with Matlab十七、選擇復(fù)雜幾何體邊界COMSOL從用戶在復(fù)雜三維幾何結(jié)構(gòu)當(dāng)中，選取邊界，尤其是同時選取多個邊界有時并不那么容易。 的角度思考，提供了很貼心的解決方案。在COMSOL中，點擊鼠標(biāo)左鍵表示選取當(dāng)前邊界，邊界被選中則顯示為紅色；此時如果左鍵單擊另 一邊界，則原先的選取取消，新被選中的邊界紅色顯示。如果我們要同時選取多個邊界怎么做呢。點擊左 鍵選中一個邊界，邊界變?yōu)榧t色表示被選中；此時點擊右鍵，邊界變成藍(lán)色，表示該邊界已被加入選擇。 這時用戶可以隨意再用左鍵選取其他邊界，這個藍(lán)色的邊界始終都保持不變，不會被取消選擇。這樣用戶 可以重復(fù)左鍵、右鍵，完成多個邊界的選取。如果要取消一個已經(jīng)加入選擇的邊界，則再用鼠標(biāo)左鍵單擊 這個邊界，這是該邊界會由藍(lán)色變?yōu)榫G色，此時點擊右鍵，則取消該邊界的選擇，其他已加入選擇的邊界 不受影響。