传热模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“传热模块”的用户引入了 Menter 剪切应力输运 (SST) 湍流模型,改进了轨道热载荷和表面对表面辐射的功能和性能,并添加了新的热连接 特征。请阅读以下内容,进一步了解这些更新及其他新增功能。

传热模块中新增 SST 湍流模型

“传热模块”中添加了 Menter 剪切应力输运 (SST) 湍流模型,以进一步扩展现有湍流模型的功能。新模型结合了 k-ω 模型的准确性和 k-ε 模型的稳健性,适用于各种外部流动场景以及内部流动中的突然膨胀情况。您可以在平板上方的非等温湍流教学案例中查看这一新功能。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“湍流,SST”接口节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示换热器模型。
“传热模块”中提供的湍流模型。

轨道热载荷和表面对表面辐射的计算性能得到改进

现在,可以避免在环境角系数为零或极小的元件(例如在封闭腔中)上计算无穷远处源的热通量。在表面对表面辐射 接口中,当源位置 设置为无限距离 时,这项改进适用于外部辐射源 特征。在轨道热载荷 接口中,此功能适用于太阳属性行星属性 特征,因为它们可以被视为无限距离的源。这一创新功能可以显著减少 CPU 时间和内存需求,在与 Hemicube 方法一起使用时效果尤为明显。随着无限距离处外部源和内部网格单元数量的增加,该功能的增益也会相应增加。

表面对表面辐射轨道热载荷 接口中,三维和二维中的 Hemicube 算法提供了新的降低辐射积分阶次 选项。这一选项能够减少积分阶次,减少互辐射和外辐射的计算次数,从而可以加快计算速度,并将对结果的影响最小化。

直方图,其中显示使用 COMSOL Multiphysics 6.1 和 COMSOL Multiphysics 6.2 版本时,各种基准模型的计算时间百分比差异。
使用 COMSOL Multiphysics® 6.1 和 COMSOL Multiphysics® 6.2 版本时,不同模型的计算时间百分比差异清晰可见。

轨道热载荷

轨道热载荷 接口不再需要额外的事件 接口。生成事件接口 特征已替换为新的事件时间线 特征,其中包含内置的事件处理功能,从而简化了轨道热载荷 接口的使用。您可以在以下模型中查看此更新:

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“事件时间线”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示轨道可视化模型。
轨道热载荷接口(没有额外的 事件接口)和新 事件时间线特征的设置。

二维轴对称中的离散坐标法

参与介质中的辐射吸收-散射介质中的辐射 接口中,离散坐标法 (DOM) 现已扩展至适用于二维轴对称构型,它以角空间离散化为基础,是求解辐射传递方程最通用的方法。您可以在新的圆柱形熔炉中的各向同性散射,基准 1圆柱形熔炉中的各向同性散射,基准 2 教学案例中查看此更新的应用演示。

圆柱形熔炉基准模型,其中以 Rainbow 颜色表显示各向同性散射。
使用离散坐标法计算圆柱形熔炉中的入射辐射。

热连接

传热接口中新增的热连接 特征旨在通过热阻、热容或集总热系统 接口灵活连接两个边界选择。此特征可以将模型的某些部分替换成表示面之间热连接的等效热路元件,极大地简化复杂模型的设置流程。在两个边界选择之间存在热阻或热容的简单情况下,热连接 特征无需添加单独的集总热系统 接口,即可轻松连接边界选择。对于更高级的热相互作用,热连接 特征可以连接到单独的集总热系统 接口,轻松地设置所有集总热系统。复合保温层集总模型教学案例演示了这一新特征的强大功能。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“热连接”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示复合集总模型。
通过对应于薄陶瓷层的热阻连接实现的两个圆柱体的新 热连接特征的设置。

边上的热绝缘

传热 接口中添加了新的热绝缘,边 特征,当两个三维对象沿一条边接触或二维对象在某个点接触时,还可以取消默认的连续性条件,如空腔辐射教学案例所示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“热绝缘,边”节点,并显示其对应的“设置”窗口,“图形”窗口中显示空腔辐射模型。
新的 热绝缘,边特征的设置。

表面对表面辐射和轨道热载荷的功能改进

表面对表面辐射轨道热载荷 接口中引入了多项改进。Hemicube 和射线发射法相关特征中的检查一致性 选项已更新,以更全面地考虑有限或无限距离的外部辐射源。现在,当您选择全频带的用户定义项 选项时,无论光谱带的数量如何,都能够在一个输入中设置所有波段的不透明度、层不透明度和辐射方向。如果材料的透明或不透明度属性与波长无关,则可以使用此选项。辐射方向的符号现在显示在所有波长的不透明度都相同的边界上。此外,用户还可以使用新的可视化后的轨迹 预定义绘图从航天器自身的角度来呈现其轨迹,如轨道计算教学案例所示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“表面图”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示轨道计算模型。
轨道热载荷接口中新增的 可视化后的轨迹预定义绘图。

默认绘图和预定义绘图

新版本重新设计了“传热模块”中所有接口的默认绘图,为用户提供了更强大的定制化选项。现在,用户可以根据研究中的物理场接口和特征,轻松使用许多新的预定义绘图。举例来说,非等温流动 多物理场耦合现在支持生成新的默认绘图,用于显示固体域和流体域中的温度场以及流体流动。“案例下载”中的许多教学案例都包含此更新,例如电子芯片冷却教学模型。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“体”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示电池芯片冷却模型。
非等温流动多物理场耦合的新默认绘图为例,图中显示了新的预定义绘图。

波长相关属性的可视化工具

所有与辐射相关并具有波长相关材料属性的接口中都引入了新的函数和预定义的绘图,这些新的绘图可用于轻松展示属性的连续波长依赖性和计算中使用的波段平均值。您可以在温室效应教学案例中查看这一新特征的应用演示。

一维绘图,其中显示材料属性的连续波长依赖性和计算中使用的波段平均值。
新的预定义绘图,旨在呈现属性的连续波长依赖性和计算中使用的波段平均值。

非等温流动的功能改进

非等温流动 耦合中的壁上的高黏性耗散 热壁函数得到了更新,以自动计算取决于湍流参数的临界壁距离,从而能够给出边界层中线性和对数行为之间的切换位置。当使用非默认的湍流参数设置热壁函数时,这有助于提高黏性热通量计算的准确性。您可以在零压力梯度二维平板教学案例中查看这一功能改进。

各向异性多孔介质中的热湿传递

建筑材料的蒸汽渗透率和水分扩散系数的材料属性特征现在支持各向异性。将具有不同材料属性的多个层建模为单个同质域特别有用,如新的各向异性吸湿性多孔介质教学案例所示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“材料”节点,并显示其对应的“设置”窗口;打开了“扩散系数矩阵”上下文菜单;“图形”窗口中的二维绘图显示有效各向异性模型的相对湿度。
应用于扩散系数的各向异性材料属性的定义。

新增气象站选择的选项

环境属性 节点中引入了新的周围位置 选项,用于根据 GPS 坐标选择气象站。一旦给出特定位置的纬度和经度,该特征就会使用半正矢公式显示最近的 100 个气象站。当某个位置与现有气象站不完全对应时,这可以简化最近气象站的选择。您可以在木质框架墙的冷凝风险教学案例中查看这一新特征的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“环境属性”节点,并显示其对应的“设置”窗口;打开了“气象站”上下文菜单,其中列出了附近的位置;“图形”窗口中显示恒温箱模型。
该用户界面显示特定位置周围 100 个最近的气象站。

外部边界的薄防潮层

水分输送 接口中的薄防潮层 特征得到了扩展,现在可广泛应用于外部边界,其典型应用包括外部蒸汽屏障或涂层。您可以在新的薄蒸汽屏障教学案例中查看此更新的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“薄防潮层”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示薄蒸汽屏障模型。
本例中应用于外部边界的 薄防潮层特征的设置。

新增接触对特征的选项

在传热接口方面,新版本对模拟 CAD 装配时使用的热接触 边界条件引入了新的选项,用于指定等效薄热阻层 接触模型特征。现在,用户可以为热接触指定总热阻总传导率,定义热接触区域的总热阻或传导率。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“热接触”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示接触开关模型。
此处的接触开关模型中使用了 热接触特征设置中新增的 总热阻选项。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“传热模块”新增了以下教学案例。

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