COMSOL实例分析

comsol 案例COMSOL（Computation Method for Science and Engineering）是一种用于多物理场问题建模和模拟的软件平台。

以下将介绍一个使用COMSOL的案例。

在某一电子设备生产厂家中，有一个问题需要解决：在电子元器件的生产过程中，需要将组件加热至一定温度，以便进行焊接等工艺。

然而，由于加热方式不当，过高的温度可能会导致电子元器件受损。

因此，厂家希望通过使用COMSOL软件来优化加热过程，以保证元器件的安全性。

首先，使用COMSOL建立了一个三维模型，包括了电子元器件和加热设备。

在模型中，定义了材料的热传导系数、热容量和密度等参数。

根据要求的加热温度，设置了加热设备的功率。

模型还考虑了元器件周围的导热情况，包括传导、对流和辐射。

然后，通过COMSOL进行模拟计算。

COMSOL利用有限元方法进行求解，将模型划分为多个小单元，计算出每个单元的温度分布。

通过迭代计算，最终得到整个模型在加热过程中的温度变化情况。

根据模拟结果，厂家可以优化加热过程。

例如，他们可以根据元器件的特性和要求的加热温度，调整加热设备的功率大小，以及加热设备和元器件之间的距离。

他们还可以通过改变元器件的材料和结构，来提高热传导性能，减少温度梯度。

通过使用COMSOL进行模拟和优化，厂家成功地解决了元器件加热过程中的温度控制问题。

他们能够确保元器件在安全温度范围内进行加热，避免了因过高温度导致的损坏。

此外，优化后的加热过程还能够提高元器件的生产效率和质量，降低生产成本。

综上所述，COMSOL软件在电子元器件加热过程的优化中发挥了关键作用。

它通过建立和求解多物理场模型，帮助厂家实现了对加热过程的精确控制，提高了产品的质量和性能。

在COMSOL Multiphysics 5.5版本中创建Comsol 经典实例024：平行载流导线上的电磁力此模型介绍通有恒定电流的两根平行导线的装置。

导线的横截面持续减小，直至达到设置的单位长度的力。

一、案例简介在无限长且可忽略圆形横截面的两根平行直导线中施加 1 安培的恒定电流，两根导线 相隔1米放在真空中，每米长度会产生2×10-7牛顿力 (N/m)。

本模型介绍遵循这个定义描述的两根平行导线的设置，但不同的是，导线存在有限横截面。

对于此示例中带有均匀电流密度的圆形横截面导线，相互作用的磁力与线电流相同。

这可以通过以下论据来理解：首先是两根导线都是线电流 (I) 的情况。

每个线电流都受洛伦兹力 (I×B) 支配，其中磁通密度 (B) 是由另一根导线产生的。

现在，为一根导线指定一个有限半径。

可直接从圆对称和麦克斯韦 - 安培定律得出，在这根导线外部， 产生的通量密度与之前完全相同，因此，其余线电流上的力是不变的。

而且，带分布 式电流密度的导线上的净力必须与线电流上的力大小完全相同 （但方向相反），这样， 力也不会改变。

如果两根导线交换位置，力必须仍然相同，由对称可推断出，只要导 线横截面不相交，则力与导线半径无关。

导线甚至可以是圆柱壳体或具有圆对称的任 何其他形状。

对于实验装置，需要横截面足够小，因为由导线和霍尔效应产生的阻抗 压降可能会导致产生随导线半径增大而增大的静电力，但此示例中没有考虑这种效应。

导线之间的力通过两种不同方法来计算：首先自动积分边界上的应力张量，然后积分导线横截面上的体积 （洛伦兹）力密度。

结果收敛于1A 定义的2×10-7N/m ，与预期相同。

二、模型定义本 App 通过 “二维磁场”接口构建。

建模平面是两根导线及其周围空气的横截面。

此方程式假设磁矢势的唯一非零分量为 A z ，这对应于与建模平面垂直的所有电流。

求解以下方程：e ()Z Z A J μ∇⨯⨯=1T2是空气的应力张量。

COMSOL Multiphysics 计算流体力学：非牛顿流模型背景本案例研究了线性聚苯乙烯溶液流动中，与剪切应力相关的粘度效应。

对于此类流动，可以使用Carreau 粘度模型。

在Carreau 模型中，粘滞系数由剪切率决定，剪切率在圆柱坐标系统下的轴对称模型中方程如下：()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=∙2222422221r u v v u u z r z r γ粘度()()21201-∙∞∞⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=n γλμμμμ模型几何、控制方程及边界条件控制方程；N-S 方程()()0=∇+∇∙+∇+∇∙∇-∂∂p u u u u tu Tρμρ0=∇u分析结果：实例操作：1.运行COMSOL软件，空间维度选择2维轴对称模型，点击下一步；2.增加物理量中，选择流体流动模型---单相流---层流（spf）双击层流（spf）添加进选中的物理量。

点击下一步。

3.选择求解类型，选择预置研究---稳态点击完成。

4.进入到几何创建界面。

几何模型是由两个矩形外加两条贝氏曲线组成，所以应先创建矩形。

统一单位，点击几何1，在设定中将单位由m改成mm；右键单击几何1选择矩形，输入尺寸参数创建第一个矩形r1，依照上述操作创建第二个矩形r2。

创建贝氏曲线b1增加一条二次曲线：增加第二条二次曲线：在增加一条线性曲线：再增加一天线性曲线:选择创建所有：创建贝氏曲线b2：添加一条二次曲线添加第二条二次曲线：添加线性曲线：再添加一条线性曲线：选择创建所有：对创建好的4个块进行布尔运算，得到预期模型。

右键单击几何1---布尔运算---构成；将r1,r2,b1,b2添加到输入对象当中，具体方法为左键单击块r1再右键确定添加。

输入设定公式：r1+r2-b1-b2；将保留内部边界的对勾去掉。

选择创建所有对几何模型进行形成合集操作：模型树中点击形成合并（fin）,定型方法选择形成合集---选择创建所有，完成几何模型的创建。

comsol 案例
案例一：坩埚中太阳能蒸发箱的模拟
背景：用太阳能蒸发箱来清洁物质中的有机物，是一款环保的技术，但蒸发环节的效率还不够。

因此，对它进行一个精确的模拟分析是很有必要。

问题：模拟坩埚中太阳能蒸发箱的散热器的传热行为，以确定温度场的分布和物料的流动情况。

环境：太阳能蒸发箱；反射膜；散热器；物料流。

建模：将散热器设置在坩埚中，模拟其传热行为；在外界添加反射膜，表示太阳热流的反射；添加物料流，模拟物料在蒸发箱内的传输。

计算：利用COMSOL Multiphysics中内置的三维表面热力学模块，建立传热方程并进行求解；将物料流方程补充进原有求解，并调整参数，将它们求解为一个整体；最后，以热线的形式可视化温度场的分布以及物料的流动情况。

结果：求解出的温度场分布以及物料的流动情况，与实验室设备的数据相较，差异不大，说明我们的模拟结果是可靠的。

结论：通过COMSOL Multiphysics的模拟分析，可以得到坩埚中太阳能蒸发箱的温度场分布以及物料的流动情况。

本案例可以有效地帮助工程师实验现象，为改进相关设备提供有效的信息及建议。

Comsol经典实例012: 高斯波速的二次谐波产生激光系统是现代电子技术中的一个重要应用领域。

激光束的生成方法有很多种, 这些方法有个共同点: 波长由受激发射决定, 而受激发射取决于材料参数。

通常很难生成具有短波长的激光。

但是, 如果使用非线性材料, 就有可能产生频率为激光频率数倍的谐波。

通过使用二阶非线性材料可生成波长为基频光束波长一半的相干光。

本案例演示了如何设置非线性材料属性, 通过瞬态波仿真产生二次谐波。

模型中一束波长为1.06μm的激光聚焦于非线性晶体, 光束的腰部落于晶体内。

在激光的传播过程中, 大部分能量都集中在传播轴附近, 在求解麦克斯韦方程时可以近轴近似, 由此获得高斯波束。

一、物理场选择及预设研究Step01: 打开comsol软件, 单击“模型向导”选项创建模型, 在模型的“选择空间维度”界面选择“二维”, 在“选择物理场”界面分别选择“光学→波动光学→电磁波, 瞬态（ewt）”, 单击“添加”按钮。

对应变量设置完毕以后, 单击“研究”按钮, 在“选择研究”树中添加“预设研究”中的“瞬态”研究, 单击“完成”按钮进入软件主界面, 如图1所示。

图1 软件主界面二、全局定义1.参数Step02: 参数设置。

在模型开发器窗口的全局定义节点下, 单击“参数”子节点, 在“参数”设置窗口中, 定位到“参数”栏, 输入如图2所示的参数。

图2 设置全局参数2.解析定义Step03: 在“主屏幕”工具栏中单击“函数”选项, 在下拉菜单中选择“全局→解析”选项。

单击“解析1”子节点, 在“解析”设置窗口中, 定位到“函数名称”栏, 在文本输入框中输入“w”；定位到“定义”栏, 在“表达式”文本输入框中输入“w0*sqrt(1+(x/x)^2)”；定位到“单位”栏, 在“变元”文本输入框中输入“m”, 在“函数”在文本输入框中输入“m”,如图3所示。

Step04：在“主屏幕”工具栏中单击“函数”选项, 在下拉菜单中选择“全局→解析”选项。

comsol案例Comsol案例。

最近，我在工程领域中使用了Comsol Multiphysics软件进行了一些仿真分析，我想在这里分享一些我使用Comsol的案例以及一些心得体会。

首先，我想谈谈使用Comsol进行热传导仿真的经验。

在我的项目中，我需要对一个导热材料进行热传导性能的分析。

通过Comsol软件，我能够轻松地建立起材料的热传导模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。

我发现Comsol提供了丰富的材料性能库，这使得我能够快速地找到我需要的材料参数，并且在仿真过程中进行调整。

通过Comsol的热传导模块，我成功地得到了材料在不同温度下的热传导性能，这对于我后续的工程设计提供了重要的参考。

其次，我还使用Comsol进行了电磁场仿真。

在我的项目中，我需要对一个电磁场传感器进行性能分析。

通过Comsol的电磁场模块，我能够建立起传感器的电磁场模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。

我发现Comsol提供了丰富的电磁场求解器，这使得我能够快速地得到传感器在不同工况下的电磁场分布情况，这对于我后续的传感器设计提供了重要的指导。

最后，我还使用Comsol进行了流体力学仿真。

在我的项目中，我需要对一个流体管道进行流动特性的分析。

通过Comsol的流体力学模块，我能够建立起管道的流体力学模型，并且进行了多种工况下的仿真分析。

我发现Comsol提供了丰富的流体力学模型，这使得我能够快速地得到管道在不同流速下的流动特性，这对于我后续的管道设计提供了重要的参考。

总的来说，我对Comsol Multiphysics软件的使用体验非常好。

它提供了丰富的物理建模模块，使得我能够进行多种物理场耦合的仿真分析。

同时，Comsol的后处理功能也非常强大，使得我能够直观地得到仿真结果并进行分析。

希望我的经验能够对大家在工程领域中使用Comsol进行仿真分析有所帮助。

在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建Comsol 经典实例021：单导线和螺旋线圈的自感和互感 本例使用频域模型计算同心共面布置中单匝初级线圈和二十匝次级线圈之间的互感和感应电流。

其中对每一匝次级线圈都进行显式建模，并将结果与解析预测值进行比较。

一、案例简介 本例使用频域模型计算同心共面的单匝主线圈和 20 匝二次线圈之间的互感和感应电流。

二次线圈的每匝线圈都是显式建模的。

比较了主线圈与二次线圈的静态结果和交流结果，还与解析预测值进行了比较。

图A 20 匝二次线圈位于单匝主线圈内部（未按比例显示）二、模型定义所建模的物理情况如图A 所示。

二次线圈有20匝，绕两圈，与主线圈同心，且位于同一平面。

二次线圈质心的半径为R 2 =10 mm 。

两种线圈中的导线半径均为r 0 =1 mm 。

虽然线圈以三维形式显示，但在二维轴对称空间中建模，假设中心线周围不存在物理差异。

求解前两个直流分析以提取系统的电感矩阵。

半径R 1=100 mm 的单匝线圈中流过指定电流1 A ，频率为1 kHz 。

本例的目的是计算开路情况下二次线圈上的压差以及闭路情况下的感应电流。

对于匝数为N 的次级多匝线圈，存在R 1>>R 2>>r 0这一限制时，两种线圈之间的互感解析表达式为：其中，μ0是自由空间的磁导率。

这两种同心线圈在二维轴对称空间中建模，其示意图如图B 所示。

建模域由一个无限元区域包围，这是截断无限延伸域的一种方法。

虽然无限元域的厚度有限，但可将其视为无限延伸的域。

22012R M N R πμπ=图B 同心线圈的二维轴对称模型的图示主线圈通过线圈特征进行建模，可视为在其他连续圆环中引入无限小的狭缝。

由于主线圈为单匝线圈且由导电材料构成，因此，在 “线圈”特征中使用单导线模型。

该特征用于通过指定1 A 的电流来激励线圈。

二次线圈使用具有线圈组设置的线圈特征来建模，使相同的电流流过表示一匝线（多匝线圈以串联方式连接）的每个圆形域。

comsol 案例Comsol 案例。

在工程领域，计算机辅助工程仿真软件的应用越来越广泛。

COMSOL Multiphysics作为一款领先的多物理场仿真软件，被广泛应用于电磁、热传导、结构力学、流体力学等领域。

本文将介绍一个基于COMSOL Multiphysics的案例，以展示该软件在实际工程问题中的应用。

我们选取了一个热传导问题作为案例，以展示COMSOL Multiphysics在热传导领域的应用。

在这个案例中，我们需要分析一个复杂形状的导热体在不同热边界条件下的温度分布情况。

首先，我们需要建立该导热体的几何模型，然后设置热边界条件和材料属性，最后进行数值求解，得到温度场的分布情况。

在COMSOL Multiphysics中，建立几何模型可以通过几何建模模块来实现。

用户可以通过绘制几何形状、操作几何体等方式，快速建立复杂的几何模型。

在我们的案例中，我们需要考虑导热体的复杂形状，因此需要充分利用COMSOL Multiphysics提供的几何建模功能，精确地重现实际工程中的几何形状。

在几何模型建立完成后，我们需要设置热边界条件和材料属性。

COMSOL Multiphysics提供了丰富的物理场模块，用户可以根据实际问题选择相应的物理场模块进行建模。

在我们的案例中，我们需要选择热传导模块，然后设置热边界条件和材料属性。

COMSOL Multiphysics提供了直观的界面和丰富的选项，用户可以方便地设置各种热边界条件和材料属性，以满足实际工程问题的需求。

最后，我们进行数值求解，得到温度场的分布情况。

COMSOL Multiphysics采用有限元方法进行数值求解，能够精确地求解各种复杂的多物理场耦合问题。

在我们的案例中，通过COMSOL Multiphysics进行数值求解，我们可以得到导热体在不同热边界条件下的温度分布情况，从而为工程实践提供重要的参考。

通过上述案例，我们可以看到COMSOL Multiphysics在热传导领域的强大应用能力。