流体 & 传热 博客文章
主题演讲视频：EPFL 通过仿真拿下超级高铁大赛冠军
EPFLoop 团队凭借其设计的超级高铁舱站上了 COMSOL 用户年会 2018 洛桑站的领奖台，他们展示的方案让观众们大饱眼福。
模拟球形止回阀中的流-固耦合作用
在球型止回阀中模拟FSI，找出流量、流体压力和流体速度。COMSOL®软件包含一个预定义的多物理耦合，这使得它很简单。
通过 2 种网格自适应方法实现更高效的计算
网格自适应的目标是通过修改网格实现更高效地求解。通常，我们希望使用尽可能少的网格单元获得精确的解，在不太重要的区域使用较粗的网格，在感兴趣的区域使用较精细的网格。有时，我们甚至可能会考虑各向异性单元。从 5.4 版本开始， COMSOL Multiphysics® 软件包含了一些增强方法以调整网格。这篇博客，让我们来看看如何使用这些方法。 确定所需网格单元的大小 要对网格进行自适应操作，必须知道所需的网格单元大小。然而，找到合适的网格大小并不容易，事实上这需要进行大量的研究。对于稳态和特征值问题，我们可以使用COMSOL Multiphysics 中的 自适应和误差估计 功能基于内置的误差估计自动调整网格。 COMSOL 软件中的网格自适应方法并不局限于使用内置的误差估计，它还具有更高地灵活性。可以先在粗网格上求解一个较简单的问题，然后基于此解通过求解一个表达式来控制较难问题的单元大小。另外，还可以使用导入的插值函数或任何自定义表达式来控制单元大小。 本文不讨论这方面内容，而是假设已经隐式或显式地知道所需的单元大小是 x，y 和 z（三维空间）的函数。也就是说，网格单元的边长由该边中点坐标的函数表达式确定。当然，一般情况下不可能完全满足此要求，即使是一个三角形单元也需要满足三角形不等式。但是，请记住：大小表达式代表空间中每个点所需的单元边长。 根据大小表达式调整网格的 2 种方法 COMSOL Multiphysics 的 网格节点下有 2 种不同的方法可以构建适应大小表达式的网格。 第一种方法，我们可以在网格划分序列中使用大小表达式 属性来改变生成网格的大小。如果使用研究中的网格自适应功能，则相当于选择了 重新生成网格 选项，其中的自由网格生成器（自由三角形网格，自由四边形网格和自由四面体网格）会考虑网格大小。另一方面，例如 映射 、扫掠 和某种程度上的 边界层）会忽略大小表达式属性（根据定义，结构化网格不能遵循大小可变的字段）。简单来说，就是如果我们构建的是结构化网格，可能无法使用此方法。 另一种方法是使用 自适应 操作。此操作通过单元细化和粗化来修改现有网格。我们可以在具有任何单元类型的网格上以及在导入的网格上使用 自适应 操作。这是一种更强大的方法，并且可能更好地遵循指定的大小表达式。但是，结果通常不如从头开始生成的网格平滑。 下面，我们将详细讨论这 2 种方法，并看看二者产生的结果有何不同。 使用大小表达式属性 如前所述，使用大小表达式属性方法通常能获得高质量的网格。但是，如果这种方法产生的单元质量较差（在大小过渡较快时会出现这种情况），则可能无法达到所需的单元大小。有关网格质量的讨论，请阅读博客：如何检查 COMSOL Multiphysics® 中的网格质量。由于每次调整都是从头开始构建网格，因此对于复杂的几何结构而言，此过程可能非常耗时。 使用 大小表达式 属性对一个圆形几何的三角形网格应用大小表达式，得到高质量的网格单元和大小过渡平滑的网格。 如果已知大小表达式（例如，一个全局插值函数），在背景栅格上进行计算通常很方便（上图中的基于栅格计算）。需要确保栅格分辨率足够高，才能捕获大小表达式描述的所有特征。 当大小表达式取决于已知的空间变化量（例如材料），可以使用 初始表达式 计算选项。这样，就可以使用模型中的任何表达式。软件将在求解前计算表达式（与可用于研究步骤的 获取以下步骤的初始值 命令对比）。我们还可以指定某个研究步，因为一些表达式的值取决于研究。 最后，还可以基于现有解计算。内置的 误差 估计使用的是 误差指示器 表达式类型 ，但也可以使用任意的大小表达式，这取决于现有的解决方案。例如，有时可能想在应力较大的地方细化网格。 使用自适应操作 另一种方法是基于现有的网格进行修改来匹配所需的单元大小。这就是 自适应 操作的作用。它适用于所有单元类型，也可作用于导入的网格。它的许多选项和输入字段与 大小表达式 属性相同。 该操作有三种适应方法：最长边细化，常规细化 和 通用修改。前两种细化方法是基于单元边的二等分法操作。由于这些单元边太长，所有现有网格的顶点被保留，因此这些方法无法被粗化。 自 5.4 版本开始，COMSOL Multiphysics 软件内置了 通用修改 方法。顾名思义，就是以非常通用的方式修改网格： 单元可以被细化 […]
通过仿真保持恒温箱中的低温
一架空中救护飞机从头顶飞过，急速驶向一家医院，它正在将一个器官运送到需要它的病人那里，对其进行抢救治疗。为了使器官在运输过程中保持适当的温度，它被放在一个特殊的容器里，这个容器被称为冷箱或恒温箱。通过仿真，您可以分析这些箱子的设计，以确保它们对于挽救生命是可靠的。 通过冷藏链运输易腐物品 恒温箱用于保存各种产品，包括： 器官和组织 药品 易腐食品（如烘焙食品） 疫苗 试剂 例如，当准备好器官准备捐献时，这些容器（以及保存液）是运输过程（通常称为冷藏链）的重要组成部分，因为器官可能在捐赠过程中从一个箱子转移到另一个箱子。当医疗专业人员努力寻找器官并将其传递给合适的配对者时，这个箱子可以保护器官免受高温和低温的影响。理想情况下，器官应保持在 2°C（4°C）至8°C 的特定温度范围内。当恒温箱内温度高于或低于这个温度范围时，器官就会受到损坏。 根据使用目的的不同，恒温箱可能需要持续几个小时到几天的时间。回到我们的器官的例子，许多器官最多可以保存几个小时（例如，肺大约只能保存6个小时）。疫苗没有时间限制，但是与器官一样，疫苗从制造到使用期间都需要保持在 2至8°C 的温度范围内。对于偏远地区的患者而言，此过程可能需要数周时间，并且涉及多种类型的恒温设备，例如冷藏车。 像这样的冷藏车被用来运输易腐物品，例如烘焙食品。 为了使冷藏链中没有断开的环节，每个恒温容器都必须非常好地维持其所需的温度范围。同样也需要了解箱子可以使用的有效时间。为了预测这一时间，工程师可以使用传热仿真软件来分析设计。在下一部分中，我们将看到一个使用传热模块（COMSOL Multiphysics®软件的附加产品）创建的示例。 通过传热模块对恒温箱建模 在此示例中，让我们来看一个恒温箱，它的设计是让放在其中的物体可以在2-8°C的温度下保持至少24小时。这个箱子包含三个主要组件部分： 放于箱子里的物品（例如药物） 冷源（-5°C的冰） 一种绝缘材料（泡沫），它可将冰与周围环境以及箱子中的物品分隔开 在这里，冰实际上是水和增稠剂的低共熔混合物。较高的粘度意味着当冰开始融化时，由于对流运动较少，因此升温速度较慢。另外，您可以通过假设箱子完全装满来简化模型。（如果你在运输过程中使用过度包装来保护产品免受冲击，可能会出现这种情况。) 恒温箱的3D模型。 通过在 COMSOL Multiphysics 中直接输入来自美国供热，制冷和空调工程师协会（ASHRAE）的历史气候数据，就可以轻松计算出箱子周围的温度。这里的天气数据来自西班牙塞维利亚的一个气象站。从6月1日上午6点开始，该模型将包含接下来72小时内变化的温度，温度随时间变化曲线如下图所示。通过应用对流冷却边界条件，可以看到温度是如何影响箱子的。 西班牙塞维利亚6月1日上午6时至6月4日上午6时的气温历史气象数据。 该模型的一个重要方面是冰到水的相变过程。在箱子中，共熔混合物作为一种能量存储设备，被放置在盒子的四面。当冰达到约0°C时，它就开始融化，从周围吸收能量并帮助医疗物品保持冷藏状态。因此，只要箱子中仍然有冰，它就可以防止里面的物品超过8°C这一临界温度。 既然您知道如何将温度保持在理想范围内，那么下一个问题是：这个箱子能保持低温多长时间呢？您可以在下一部分中得到解答。 恒温箱可以让放置其中的物品保持多长冷却时间？ 使用这样的模型，您可以看到箱子中的温度如何随时间变化（本例中为72小时）。如下图所示，冰的温度一开始迅速上升了约4度。 该图显示了在72小时的时间内，最高和最低临界温度（虚线）与箱子内物品的温度以及融化冰的比例关系。 在接下来的24小时内，温度保持平稳状态。在随后的48小时内，温度也保持在正常范围内。但是，在此之后不久，冰就完全融化了，此时温度开始接近临界温度，之后超过了临界温度。你可以由下图看到温度随时间的推移而升高。 箱子温度的动画图。 通过这个例子可以看出，工程师可以使用仿真来分析恒温容器的设计，预测放于箱子内的物品在临界温度范围内可以停留多长时间。然后，他们可以优化设计，确保医疗产品和其他易腐物品在整个旅程中都能得到保护 下一步 单击下面的按钮，就会进入案例库中，在那里可以查看该模型的 PDF 以及 MPH 文件（需要有效的软件许可证的）。 恒温箱示例 进一步阅读 在下列博客文章中了解有关仿真的更多信息： 研究相变材料的热性能 模拟热虹吸管中的相变 具有迟滞的相变材料的热建模
评估核废料的耐火外包装
限制系统的封装用于安全储存放射性废物。Sogin采用传热模型设计安全可靠的防火封装。
模拟含低渗透性晶体的多孔介质中的多相流
建立相输运模型有助于研究多孔介质中的多相流(如地下水通过土壤)。
使用激波管仿真 App 研究激波现象
冲击波过去只是一个理论问题。 然后，冲击管使实验成为可能，但它既昂贵又低效。
主题演讲视频：仿真助力心脏泵设计改进
心力衰竭是一个全球性的健康问题，影响着数百万人，使他们无法正常生活。但是，如果有一种装置可以让患者的心脏保持跳动，甚至提高他们的生活质量，将会怎样呢？