COMSOL之二十大使用技巧窍门

1、-/COMSOL Multiphysics 之大使用技巧全局约束对于多物理仿真，添加全局约束是COMSOL非常有用的功能之一。例如，对于一个涉及传热的仿真，希望能够调整热源 Q_0的大小，从而使得某一位置处的温度 T_probe恒定在指定值T_max，我们可以直接将这个全局约束添加进来即可。茯fl（犀a定-广女倚砖的谄则5 ： =lcVi I G *誹姐：一曙fl苗棒7IS 边 5总用卅阖-，-辰m元前如|卑元卜. !村料莊卿传：-导扎.VSfl召0不IhJiJt d_kriJt 二 p_kru：0.0导不也尢F甲忡盼 F*irjKg/V0.加白常圧热春 *厂卩曲生氏/哌岳斟# |_ 析诉fc

2、j ODE 设圭万 H It： f：u. nt J Utt, ti - 亞书璃S称（山 Q_0_方 ft 式 fCu, ut Utt, G r_pi-ob#p別帝値 Multidisc ip li nary PID co ntrol ）。需 要添加的PID算法约束如下式：% =如丄-认）+町2 7/必+如叙-70Upper inletMeasuremenc pointtontnolJed inlet1Outlet-0.014-0.01OOM0 0.002o.ooe 0.01 0.012要添加上述约束，除变上限积分项外，另外两项都可以很容易的在边界条件中的“入口流速”设置中直接定义。因此，这个变

3、上限积分需要转化成一个ODE，作为全局约束加入。令intd int(conc c_set)dt，方程两边同对时间t求导，得到廿conc c_set。在COMSOL中，变量U对时间的导数，用 ut表示。因此变量int的时间导数即为intt。利用COMSOL的“ ODE设定”，我们可以很容易的将intt-(conc-c_set)=0这个ODE全局约束添加入模型之中。* %iff i 4 is Chemical engineering absorption ）PlotOLElsr卑.J _ u _ *:J ails =ii忍去*,a用冷质用r li h点 中也e，巾帥stt h 4 这ri： fif

4、It握*%(1诜！tt捉号白动o*為Ia -E l A _3 了 L. 2. 1、輩.tlKT Fk-rta liiJM did 显 4nC-vl bttJ _ko-fnc rnoUm ntt IteJ/lb ?*s J-/时间积分现在我们已经可以在 COMSOL中方便的定义任意一个变量 U及其表达式的时间微分（ut）、空间微分 （ux，uy，uz）、空间积分（积分耦合变量）。那么对于时间的积分如何处理呢？COMSOL当然也提供了这项功能。对于时间的积分项的处理，COMSOL也是通过ODE的设定来实现的。例如前例中，我们已经可以利用一个边界积分耦合变量来描述某个时刻流出的物质量。现在我们进一步

5、，需要知道一段时间内总的物质 流出量Totm ass：TotmassFlowoutdt=dTOtmassFlow outdt将方程两边同对时间 tCOMSOL的“ ODE设定”功能便可以定义这个新的变量求导后就变成了一个 ODE方程，类似于定义一个全局约束那样，我们使用Tot_mass。rot_UE3ODE iSH f或：ub 1、- eIO俺域.|宕w.i方用式f-u.*初te育3 押抬I自，Tot J17IC-F Tot 界斗口ijTa0/ .X/C，3F flS 61 r 哼a 卷|c用rj （E弄H盯问采用ODE进行时间积分，有维度），则需要采用耦合一个a Ila z0.1仅仅只能对标

6、量进行积分，如果是想对求解域内的某个值进行积分（通常具PDE应用模式的方法，通过修改 PDE方程，使其满足对时间的常微分方程形式，然后在求解中可以得到对时间的积分结果。四、停止条件在进行稳态求解时，COMSOL迭代求解当然是以收敛条件满足作为计算的停止条件。但是在瞬态分析的情况下，计算何时停止就可由用户自行选择了。与其他仿真软件类似，COMSOL默认的瞬态分析停止条件就是遍历用户使定的时间范围后，计算停止。但是除此之外，COMSOL还可以提供一种更为灵活而且强大的功能，就是允许用户选择让软件自动检测计算结果中的某一变量或表达式，当该变量或表达式满足一 定条件时，计算停止。例如上例中，我们可以让

7、流出物质的总量达到指定值时，计算自动停止。求s* aI通刮时旬歩悴至如il冋E5P 捋韋盯问方迭：衙出时冋W眄3 St 亲 a 才 afff t IF s .去T駅*尚忙厂 K 时旧申时间if |ri pfc 时丸时K IS S ffl * KiPJ 氐得止茶Rfr：*覆 A 小5耳BDF 旳 R-BDF 购 RS *矩耳:J e r.自创布尔表达式ii毘vpiT L汞飞 s ft JII爲吐COMSOL的停止条件使用的是布尔表达式。布尔表达式运算的结果大于零，则表示有效，此时停止条件满 足，计算停止；当布尔运算结果小于或者等于零，则表示无效，停止条件不满足，计算继续进行。需要注 意的是，这里

8、的表达式，通常是对某个标量进行求解的结果。五、非线性特征值问题求解方程的特征值是仿真中经常碰到的一类问题。问题线性度比较好的时候，方程的系数与方程的解 变量U不存在函数关系，这样的方程很容易解；反过来，方程特征值也很容易求。但是有时候我们会碰到 非线性比较强的问题， 方程的系数本身就是解变量 U的函数。对于正问题，COMSOL很容易“求解域设定” 中，定义方程的某些系数是解变量的函数，然后利用COMSOL提供的非线性求解器完成求解。但是对于非线性很强的逆问题又该如何定义呢？这里有一个很好用的技巧，就是使用全局约束对特征值先进行一下 归一化，在这里定义特征值与解变量相关。例如PDE方程U U 1

9、,其中 即为特征值（下图中的 Lambda）。我们可以先添加全局约束，定义E=1，而E其实是一个积分耦合变量，对应于解变量U2在求解域上的积分。通过这样操作，我们就把Lambda和解变量u建立的联系，然后使用 COMSOL提供的非线性求解器完成求解。7- du + 7) + au +8 勺匚聳违送组：借悻戈 zie慕埶初皓*元贰Vig ；二PDE輪封系数Caplafchda1厲谨 扩敢 嗫收 ?R坯 圧S方近？ l(u 讥 Ut L I J = (n状态殒应IZ Q)方尼 Itt? FJ Sa 值 I.Q! VJ EJ fe I.itlaibda |1-丘CI戟警器華敎a.P7I赤达式 u2舒

10、阶戟1全局冃镒GJiJl_balb. sxti . ClIv-L Tz-li.火.(皿电UKtAvLvl thpl* hti3unjaduy* X1*E* T Lhj h. 盂 1*讣4 n #i 血 Cvupl ly 7-HICDwrni 3 =4 Ti(P BM 4 DM】Fi. arr 託：EurfbE. 1 Blip 41* Uh 4 LKj3Q1DLPDLOLJQDffiDHm- #T T3gQI UL O.U? D UQ C.Q4 D (0 Qi 0 5-D Di 叫 CO 如 dC -O.DIM K 申 加Q Q _u -ucm : tfe现在我们在同一模型下可以建立一个新的几何

11、绕对称轴旋转而来。在模型树里可以清楚看到，在Geom2下面没有任何的方程，当然也就没有什么变量。我们可以利用拉伸耦合变量，将Geoml中的变量T传递过来，然后在三维的Geom2中看这个结果。黑 HxliLuhiin fMJI:Hhiivwn F=l4 dil hSg* Dz FZU 七 V 总ncie吞|F7 ； t a b匕玄 爭卒=纠钢 角僮别盒血泊口自僅?l+LLnafZC Mix: :?31Emluy 口- lL*t_Tdh 隔 (皿电UKt Qm Ehpr htl 3um:ALK OoL EquiLid f 叩 * IEfZ 畑 r V*-aHjf CiDipiASribdMiin

12、*l巧f-i Pt-iat S电 I 三鼻Mr J lb印i SudHiuD _i bijaduYIlttTLhjnELB 齢 n 5yi 匚匚upT in; 7-mfl. laliii 20.991 Hu. ED%. BSL即m-前00CDwrni 3 =4 tfifl D?LWOL5LODI创LDJDfillAllHh:凶T.W勺 DliJtLIZn iHlijiLcrjtnnL： G .0 s 匚亠g 0.0 tsiiei D-O flWilS GOJU 现血 SIS投影耦合变量是积分耦合变量与拉伸耦合变量的合体。它的用法与拉伸耦合变量非常类似，只不过在 跨几何传递参数的时候，拉伸耦合变

13、量传递的就是变量或者表达式本身，而投影耦合变量传递的是变量或 者表达式的积分。七、在非线性设置中调整瞬态求解器当求解瞬态非线性问题时，为了提高收敛性和求解器的效率，用户可以手动调整求解器的一些参数， 例如非线性求解器中的迭代步数、公差因子、阻尼衰减参数、Jacobian修正方法等。通常情况下，如果在迭代步数范围内，收敛性较慢，未能在适当的迭代次数后得到结果，可以将迭代 步数改大。但是这样做，有时候会产生较大的计算量。当非线性较强时，可以将公差因子调小，这样做可以控制迭代时的步长，较小的步长受非线性的影响 较小，可能会快速得到结果，但也有可能会产生较大迭代次数，增加计算量。阻尼衰减参数等，可以根

14、据实际情况进行调整，用户可以指定初始值、最小步长、以及最大步长。如 果非线性很强，则应该将最小步长改小，反之可以将最大步长调大。Jacobian修正方法，也可以根据需要来修改，例如缺省是采用最小值方法，用户可以修改成每个迭代 都要修改，或每个时间长只进行一次修改。修改次数越多，意味着非线性的影响越小，同样也意味着计算 量的增加。fei E寸件图lir吐国成竝I诵宙眄匱歩艮嵩丁至动函E武叮网于*一|传用谆止争大50F阶瓶 小fiPF阶iJ: 畀展S电扉:|5于雋S审載:C-= a? (5： 由茨髦S，央左时 时司1?；BX世 圧时I叵问士比兰由菲竦性ii； S.,町同步初特叮土凋藝 同卡怅:3E

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16、 L恬时间t./手却m节非n性冋步it时可长i时冋歩K!上累ff卜1)1 -求mK*AJ- ESP山购 异戌s霍n：百BJJS1非绞代百.-1 1m 1 11I1eC1C1C3C1C3C2将C4延长到C3C1C2移除面，并扩展其 他面填补缺口十三、3D模型中抑制对象“抑制”功能是 COMSOL常用的后处理技术之一。在三维仿真的后处理过程中，用户可能常常需要 看到内部的一些结构上的变量分布。这时就要用到COMSOL的抑制功能。例如前面灯泡的例子，后处理显示的是三维结构外缘的温度分布，而我们关心的实际上是内部的温度 分布，因此可以选择抑制某些边界。MB T* Sftw p呻* U_ U 童 diK

17、EQ审 T連!_ Tir 昭巨鬲蛊画 tf U4 T?芯 tr TT.iJttl迪界M ? B-n 4AS -1- - K i MBi *：SEl丹07J n rr E i卄hdU 446.* I: 1 :o：fcuewi :巨.打 jtti十四、复杂模型绘图方屯-津“一F*- 遵一CALiR右宏屋土.1呵庫色“ 違立S.音对3fe-曰空內目也F那汩匸a巫幻. 忸耳.3配整圉丰面g n I咐：77pl丨新：SfCOMSOL的几何建模功能极其强大，其主要体现就在于工作平面的设定。与很多CAD软件类似,COMSOL在用户需要建立复杂三维几何模型时，推荐用户使用工作平面。COMSOL提供了灵活的建立

18、工作平面的方式，用户可以在不同的工作平面上绘制二维的曲线和实体，然后再拉伸或者旋转成三维。用户 可以反复选取工作平面，然后将不同的几何旋转或者拉伸到同一三维几何结构中，从而完成复杂模型的绘 图。哦黠Bit刮閑* = 偶 妙踐*|歹血ffiKin燼0幫列阿?lr1| |.斫T直平汁边血度丽1鬲络I i-y 7 - #/ I I： 4. 4十五、几何属性COMSOL中可以随时查看几何对象的属性，比如如果选中一个三维实体，点击“几何属性”按钮， COMSOL就会在信息窗内给出体积、表面积等信息。选中某两个点，COMSOL就会给出两点之间的距离,以及经过这两点的边的长度等信息。I几何gtllIIIte

19、flPl Floor I labial Lb)A庚|题. L-i十六、开始命令的命令行选项从操作系统的图形化界面启动COMSOL是大家最为熟悉的。但是对于有些特殊的情况，用户可能会需要从命令行启动 COMSOL。这种启动方式其实更为灵活，因为COMSOL提供不少很实用的启动参数。Comsolbatch -input test1.mph -output test2.mph这是COMSOL的批处理命令，这种启动方式允许COMSOL在后台运行，将test1模型计算后保存成test2文件。在很多大型集群系统中，主节点的linux系统很可能就没有图形化界面，这时就可以利用这条命令，在文本界面下后台运行C

20、OMSOL OComsol server -port 2233 -multi on在服务器上运行 COMSOL作为服务器端应用程序，并至定端口。Comsol die nt 在终端运行COMSOL 。Comsol p 8指定COMSOL可以使用的CPU的个数。Comsol matlab (opens matlab with comsol p ath) 使用命令行启动 COMSOL with Matlab十七、选择复杂几何体边界COMSOL从用户在复杂三维几何结构当中，选取边界，尤其是同时选取多个边界有时并不那么容易。 的角度思考，提供了很贴心的解决方案。在COMSOL中，点击鼠标左键表示选取当前边界，边界被选中则显示为红色；此时如果左键单击另 一边界，则原先的选取取消，新被选中的边界红色显示。如果我们要同时选取多个边界怎么做呢。点击左 键选中一个边界，边界变为红色表示被选中；此时点击右键，边界变成蓝色，表示该边界已被加入选择。 这时用户可以随意再用左键选取其他边界，这个蓝色的边界始终都保持不变，不会被取消选择。这样用户 可以重复左键、右键，完成多个边界的选取。如果要取消一个已经加入选择的边界，则再用鼠标左键单击 这个边界，这是该边界会由蓝色变为绿色，此时点击右键，则取消该边界的选择，其他已加入选择的边界 不受影响。