如何在comsol多物理学中充分利用箭头图

在最近的博客文章中，Lexi解释了如何最好地使用线，表面和音量图。现在，我们将研究箭头图，以及如何利用这些图。在初学者指南之后，您将通过一个非常有趣的工业应用程序获得“厨房里看”，在该应用程序中，箭头图在赢得咨询任务时起着至关重要的设计作用。

什么是箭头图，什么时候有用？

箭头图是可视化场分布的非常强大的工具。在comsol多物理学中，我们通常计算磁场 - 这是否与湍流速度，磁场，化学物种传输或热梯度有关。所有这些都从适当的可视化中受益匪浅。

发电机：将箭头图用于磁场。

臭氧反应器：使用箭头图进行流体流量矢量。

那么这是如何工作的呢？

让我们逐步介绍选项，继续使用Lexi在我们的中使用的散热器模型以前的后处理博客文章举个例子。

首先，我们的模型只有一个3D图组，具有温度的表面图。通过在功能区中单击“ 3D图组1”或右键单击模型树中的“ 3D图组1”，我们可以添加一个箭头音量阴谋。

您会注意到箭头图在三个维度上存在：

1. 箭头音量，将箭头绘制为三个维度：卷内。
2. 箭头表面，将箭头绘制在两个维度上：在表面上。
3. 箭线，将箭头绘制为一个维度：沿着一条线。

我们将在此示例中获取箭头卷图，这给我们带来了以下结果：

尽管有用，但很难在此处使用默认设置获得重大见解。这里的问题是两个方面：箭头颜色不够突出，并且音量堆积了太多的箭头。

让我们从解决第一个问题开始。选择更具对比的颜色似乎更方便 - 我们现在将与Magenta一起使用。箭头颜色可以在设置窗口中修改，如下所示：

此外，我们最好只绘制一层箭头。可以在可以选择网格点的同一设置窗口中更改这一点：

这给出以下结果：

嗯……仍然不太好。我们需要的是平面内方向上的更多箭头，这是X- 和y- 导向。我们将将它们更改为35，以获取：

通过单击位于图形窗口上方的“ XY视图”按钮，可以获得更具洞察力的视角。

我们可以轻松地看到空气如何在散热器杆周围找到，以及后面的速度降低。这是Arrow图提供有关正在发生的事情的独特见解的地方；如果我们改为使用实验，那么如果可能的话，获得此信息将非常困难。

我的根源是实验物理学，多年来，我看到并感受到了执行此类测量的障碍。思考：昂贵的停机时间，具有挑战性的设备量表（从微流体到巨大的水过滤厂），设备成本，必须在有限的数据点之间插入（有时猜测），探究影响测量本身的探针等等。

正如您在图中会注意到的那样，默认情况下，箭头长度与速度成正比。这也可以设置为归一化和对数。例如，后者的两个选项非常好，例如可视化局部涡度，与中游值相比，通常具有较低速度幅度的局部涡度。

到目前为止，我们只为箭头选择了一种颜色，但也可以给它们与任何表达式成正比的颜色。这可以通过右键单击“箭头1”并选择“颜色表达”来完成。默认情况下，这将被给予彩虹颜色表。

更改颜色表在表面图中，我们最终得到以下图像：

现在您已经知道如何使用箭头图，让我们看看为什么很高兴知道。

工业示例：水泵故障

我来自荷兰，您可能知道，荷兰大约三分之一是低于海平面。因此，我们一直在水管理领域非常活跃，从10开始。^Th世纪。今天，这仍然是一个很大的工程领域，以下案例属于该应用程序领域的保护。

抽水站

泵站用于将水转移到更高的海拔水平，例如将水带到运河，排干土地以及其他水基础设施应用。这些泵的尺寸很大 - 50 m³/min及以上。以下是水泵站的一个例子：

加油站。“gemaal van Sasse“ 经过文森特·德·格鲁特（Vincent de Groot）-http://www.videgro.net- 自己的工作。获得许可CC比2.5通过Wikimedia Commons。

在我们特定的行业示例中（不是上图），设计了一种新型的泵，以处理入口侧的动态水位范围。由于各种原因，设计师决定在入口侧建造肘形管道（想象经典水龙头的形状，但流动方向反向）。泵的规格（功率和排放）足以完成工作，但是当连接到系统时，泵的效率被测量为太低。无法满足目标规范，并且随着截止日期的临近，工程师承受着迅速提出诊断和解决方案的压力。

该案件的机密性使我无法进入细节，但事实证明，他们选择的管道几何形状在某些水位上会产生流入泵入口的旋流，从而严重限制了其效率。测试现场的许多设计变化并不容易或便宜。此外，尽管您可以测量泵效率，但对于特定流动行为的细节，您仍然会处于黑暗状态。这意味着人们必须测量一个非常昂贵的“黑匣子”，几乎不知道下一个设计迭代是否会改善事物或原因。

由于这些原因，该公司雇用了一家使用的工程公司comsol多物理学与CFD模块解决问题。

发生了什么事？

尽管我无法提供特定的细节，但我可以从概念上展示正在发生的事情以及为什么箭头图可说服管理进行特定的设计修改。出于演示目的，我正在使用管道肘模型中的流动，该应用程序库可用。

压降（左）和速度场（右）中的管道肘部。

由于水流高度湍流，经过90度弯曲会严重扭曲田间。这可以在上面的速度图中看到，但是我们也许可以通过箭头图更清楚地表明它。通过我们以前的设置，情节看起来如下：

由于水速仍主要是在管道方向上，因此平面速度有些伪装。让我们对此做些事情。

与往常一样，您可以修改comsol多物理学中的任何表达式。在这种情况下，我们可以将流场的平面方向乘以一个很大的因素，但是简单地设置该流程的情况更容易y- 箭头图的组件至零：

结果：

现在，我们可以非常清楚地看到旋转流量如何在距离上逐渐消失。请注意，这些不是您典型的管道大小的管道，而是污水管道的尺寸 - 流量沉降的距离很大，水以猛烈的速度移动。

我们还可以将结果导出为动画：

这是一个更近的外观：

用箭头赢得作业

在上面提到的泵设计人员的情况下，与肘部弯曲的水位相比，入口的几何形状与某些水位相结合的流量失真效应要差得多。现在，可以清楚地看，还有其他一些后处理方法可以对各向异性消散的速度（或缓慢）的速度（或缓慢）的速度进行硬数字。但是，在这种特定情况下，上述图像对于说服更高的问题是什么是问题以及如何解决问题的重要性。该咨询公司通过提供模拟指导的快速且具有成本效益的解决方案来赢得竞争对手的任务。

接下来：切片

如果您有与此处介绍的主题相关的任何有趣的提示或应用程序，请确保通过下面的评论部分分享它们。请继续关注我们的下一个后处理主题：切片图。