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编者:本篇本篇最早于于2019年年更新后内容包括包括comsol多物理学5.5版本版本模块可用的的新
薄层中中传热
comsol Multiphysics具有具有:计算:计算计算结构的的特定特定传传传特定热属性,求解特定,求解穿过的传热的传热领域,例如电子和承受的的的,也复合的都可以在各
comsol模拟模拟的在一个温度下钢柱中分布分布分布。。在在钢柱钢柱钢柱一半高度高度高度高度的,有在模型,陶瓷层表示几何一,而个,而一一两两个个个个。高纵横比也会使该部分的可视化变得非常困难。尽管没有在几何图形中明确表示陶瓷零件,我们仍然可以求解整个层的温度分布并在后处理中将其放大,如下图所示。
使用“固体”接口接口“薄层”节点节点计算含陶瓷层中的温度温度。。。为了视化为了为了,将将为了视化。
有关此模型多详细详细详细,comsol案例库案例库复合保温层教程。
多多材料对传热建模有什么作用
多层技术技术我们的建模建模,主要主要以下:
- 在模型位置对多层壳属性分组分组,可以分组,可以在不同不同不同物理场接口接口接口中中中中中进行进行进行访问访问访问。。。。。即通过通过通过将将将介质介质介质定义工作,因为对于的现象,介质介质只设置次就可以可以。
- 增加。,可以可以任何位置数量和方向的层
接下来,我们我们个包含个多的几何例,介绍,介绍介绍利用介绍多层技术对层的传热进行功能设计:
- 1(1上多多多多个个个第一个个个个多多多((顶部和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和材料材料和和和和(和(((((
- 2上上定义第二层壳多多层壳层壳个多多多
应用应用应用和的多层壳的几何材料和材料
多层壳作为在结构结构结构几何结构中几何几何几何在的的体积域(中下图((
1和和和和上上定义多层壳的体积域体积域((厚度厚度放大放大10倍)
当该传热传热时的,可以可以层数每的的厚度厚度和和材料材料材料材料材料。。属性这些这些这些多层取向位置,以及以及层的特定。材料
除材料,多多的属性均多层层节点节点,包括多的,以及以及一的形状和离散特性。节点中示例本本本薄层)指指多层((((的));多层节点指用于定义材料的材料点点下图。。)
由由多定义的模型模型节
因此,我们我们个物理场,对单物理场种数量和的层组成的多层壳热传导仿真热传导仿真热传导仿真。。多层节点节点在模型,将树树属性物理物理的定义划分为两两个个个
可供的个层层::
- 单层单层
- 多层材料
- 多层材料
- 多层
阅读使用“复合复合”分析分析发电机发电机的博客,了解了解将节点组合对发电机叶片叶片进行
上文,我们,我们对多层技术进行了,接下来,我们我们解决:
- 怎样利用此功能进行传热仿真
- 它它仿真过程什么好处好处
在comsolMultiphysics®中中多层材料材料
在所有类型传热接口,都,都利用多层技术在在上薄层,薄薄和裂隙节点,((对流体任意层数量数量)组成组成组成组成的的多层壳进行模拟。在边界边界边界边界边界壳传热接口,通过通过其中固体,流体和多孔多孔节点可以的,附加附加的子节点描述层的之间以及层的热通量热通量和和连续性连续性。这些我们将在在本本文文文传热用户手册了解这些功能的((()
接下来,以上以上中结构示例,使用,使用壳传热接口,来来多层技术中一些可用的设置
首先,,壳传热接口接口壳属性部分,可以可以选择选择壳壳,多层壳或非非。。多层选项简化,仅简化的的最简单单层壳配置最最简单简单,((((())不不不高级的和处理处理多层联合使用多场功能在在在,我们在在选择默认选择选择选择多层选项。
在在部分选择的多层壳选项
由于多层是在节点中,因此,因此因此定义定义壳传热节点中选择要求是定义其的的多层材料。壳传热接口接口边界边界部分中仅限于分层((((((边界了(非非),则材料节点节点的表示需要添加添加其他
因此,如果如果取消仅限于分层复选框,则在物理场回切回切,确保,确保确保换模型模型模型模型之前已正确定义定义了了所有内容内容,当选仅限于分层复选框复选框,只选择了多层的边界这会会自动过过滤掉滤掉是不壳壳壳壳壳的的,因此,因此,只要只要只要只要只要只要只要只要只要只要在传热接口中定义在,我们我们我们我们仅限于分层复选框默认,即即选选。。
带有带有选项壳传热接口的设置窗口
单层单层
此时,建议建议材料节点下下多材料。对时建模,从从最最常见的层壳层壳开始开始开始
在在下多层材料材料节
2上上上了壳相对应的的的的的的单层的单层的单层单层的的所所所示。。该该节点节点类似于类似于类似于材料类似于经典类似于,除了方向和以及“”材料属性中的三材料材料。属性向和包含壳和坐标,该该坐标系各异性的情况下方向
三三其他的属性分别分别厚度,旋转和网格网格,分别对应的坐标系内平面内旋转旋转旋转平面平面平面旋转研究中用于方向层层离化
单层单层节点的定义
有趣的,如果如果了来自并并将分配到到定义定义多多层材料的,它边界的单层单层,并并方向和以及厚度,旋转以及网格网格的材料属性
多层
1上上个与壳层相三三三层材料材料节点节点添加一个层材料。。单层单层类似,我们我们可以方向和部分部分的定义链接到该节点下下多层材料,在在,可以使用使用使用使用++按钮使用使用新的的的材料。。。根据层层材料的类型材料材料的层层材料材料材料层层可以可以可以可以可以可以可以使用不同不同的的的设置。。多。。多多多》。在示例,我们我们我们我们多层。
“多多”的链接节点,其中 +按钮按钮于多层层材料
在全局全局节点下多层,可以可以定义数量层层层
使用“多”节点节点节点一个三三三
每个自己的,可的链接接到层材料属性属性经典经典,还。。材料材料旋转,厚度和网格网格。
多层壳传热建模的扩展
使用多层技术,可以使的工作更加灵活可以在层在层特定子集上或或或层的的界面((((((((热源和热源,界面节点。
热源 | 热源,界面 |
---|---|
单击单击右上角的按钮,“热源”(“热源”(((
考虑热膨胀,可以每个应用应用,以上,以以传热和固体固体固体力学进行各向异性建模。我们我们我们可以可以可以在在场设置为相邻层壳之间的的边处边处边处或或连续(下图中((
温度场,在在层重合的边处不((厚度10倍)
通过通过连续性节点,可以根据温度,并且定义温度定义接触件的的,如件,如如
连续性连续性节点的横截面层面层面层面层面层面层面层面层截面层和和和和和的的多材料层层材料材料材料,((())((()并底部(侧左
温度场,在在材料重合边处连续连续厚度厚度厚度10倍),在在在中面在中面上
可以使用草图多材料材料材料,并且并且材料材料特定的的图形直观直观直观直观地地查看查看查看沿着沿着沿着多多层材料材料厚度的出来出来)。。多层数据集可用切面图和全全图的更详细,可以可以可以可以复合材料的的文章中找到
最后,为了为了层中模拟进行的数值数值数值,我们好数值数值可以可以复合保温层模型。该案例演示了如何xdintopall
((((())中中温度,以及atonly
算子指定,例如多材料中中特定层将这个运算运算符符符符符,可以可以在一起组合符组合可以可以可以可以确定使用薄层薄层方法方法方法每每域域绘制在中时的平均温度温度
通过通过传热模式提升
最后,我们我们可用于传热的不同模型(,薄层((()。
最准确,即,即常规,采用,采用方,就方方在个域做一样。一样。离散化于多层材料的的边界边界网格网格和和在在厚度厚度的数值计算网格一个求相同解域使用此选项是是不不必必必在在在图形中中绘制厚度并并:
当这些导热性非常或非常差,可以非常非常两种方法方法计算计算
通过通过热薄近,可以可以多两之间之间处于平衡状态当层的热导率热导率比周围周围材料的的热导率得得高高得得高得高该到温度,可以温度梯度层层的此此选项选项,仅。此,仅仅壳层此此此选项壳层壳层壳层壳层壳层壳层切面方向传热传热
使用热厚近:则选项:因为相反的层比的高高高高高,所以的高通过通过的热通量。复合保温层案例,与,与常规选项,此此可以提供的温度。
这些这些(在对一进行单层单层的,或者或者其他多层材料材料于应用有助于。提高计算计算效率
结论
本篇博文博文,我们我们研究了如何多层技术用传热薄层功能设计。我们可以改进的和后后处理处理工具工具来来来访问访问访问访问扩展后后后后后的的的的的功能集的的
其他其他接口也可以多层技术。多耦合可以对进行进行,例如过程进行进行过程进行物理场,,电磁加热加热和和和层层层材料材料材料中中的热电热电层压复合壳的热膨胀就就个很好地。
6层层不同的纤维制成的的的分布分布和变形变形变形变形变形(((((变形
延伸延伸
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