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COMSOL Multiphysics6.0破解版是一款非常強大的高級數值仿真軟件。該軟件界面美觀,為用戶帶來了不同的多項新功能與產品,包括有望為仿真行業帶來徹底變革的App開發器等等,可以在總體性能的提高使中型基準模型的組裝和解決時間減少了約50%,讓效率變得更高。
一、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
1.例如,對于一個涉及傳熱的仿真,希望能夠調整熱源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來即可
2.有些情況下,全局約束可能包含有對時間的微分項,也就是常說的常微分方程(ODE),COMSOL同樣也支持自定義ODE作為全局約束
3.例如,在一個管道內流體+物質擴散問題的仿真中,利用PID算法控制管道入口的流速u_in_ctrl,從而使得某一位置處的濃度conc恒定在指定值c_set。(基本模塊模型庫 > Multidisciplinary > PID control)
4.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”設置中直接定義。因此,這個變上限積分需要轉化成一個ODE,作為全局約束加入
5.令方程兩邊同對時間t求導,得到 setcconcdt d_int。在COMSOL中,變量u對時間的導數,用ut表示。因此變量int的時間導數即為intt。利用COMSOL的;ODE設定”,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
二、積分耦合變量
COMSOL的語法中,變量u對空間的微分,分別默認為用ut,ux,uy,uz等來表示,這為仿真提供了極大的便利。那么對變量u的空間積分呢?COMSOL提供了積分耦合變量來實現這一功能
1.積分耦合變量分為四種:點(point)積分耦合變量、邊(edge)積分耦合變量、邊界(boundary)積分耦合變量、求解域(subdomain)積分耦合變量。根據模型的維度,會有相應積分耦合變量。用戶還可以指定得到結果后的作用域,例如全局,或指定某些點、邊、邊界或求解域。從而可以將對積分耦合變量結果的訪問限制在指定的對象上
2.求解域積分耦合變量,就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些求解域上做積分,積分的結果賦給自定義的這個積分耦合變量。對于三維仿真,這個積分是體積分;對于二維則是面積分。最典型的應用當屬對數值1進行積分,可以得到體積或面積
3.邊界積分耦合變量,就是對指定變量或表示在指定的某個或者某些邊界上做積分,積分的結果付給自定義的這個積分耦合變量。對于三維仿真,這個積分是面積分;對于二維則是線積分。對1積分可以得到面積或邊長
4.邊積分耦合變量,就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些邊上做積分,積分的結果付給自定義的這個積分耦合變量。僅存在于三維仿真中,這個積分是線積分。對1積分得到邊長
5.點積分耦合變量,就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些點上給出它的值。它的最主要用法是將某個點上的結果映射到指定的對象上
6.在上面PID控制的例子中,指定位置處的濃度conc就是一個點積分耦合變量,用來提取點PT1處的濃度值。同時,濃度c的時間變化率ct在PT1點的取值,也可以用同樣的方法提取出來,付給變量ctim
7.積分耦合變量除了用于添加約束,也常常用于后處理。COMSOL允許用戶將任意表達式在任意求解域或者邊界上的積分定義為一個變量,然后直接在后處理中對該自定義的積分耦合變量做數據可視化操作
8.例如,在二維擴散問題的仿真中,為了觀測流出邊界上總的流出的物質量,可以在出口邊界利用邊界耦合積分變量,然后可以直接得到數據曲線。(基本模塊模型庫 > Chemical engineering > absorption)
三、非線性特征值問題
1.求解方程的特征值是仿真中經常碰到的一類問題。問題線性度比較好的時候,方程的系數與方程的解變量u不存在函數關系,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,方程的系數本身就是解變量u的函數。對于正問題,COMSOL很容易;求解域設定”中,定義方程的某些系數是解變量的函數,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行一下歸一化,在這里定義特征值與解變量相關。
2.例如PDE方程即為特征值(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建立的聯系,然后使用COMSOL提供的非線性求解器完成求解
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