在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建
Comsol经典实例017：双绕组圆环天线的无线电能传输仿真
无线电能传输是指发射单元和接收单元之间的无接触式能量传输，为电气设备提供了一种简便的充电方法，并支持同时对多个设备进行充电。随着技术的持续发展，无线充电的应用日趋广泛，涵盖手机、日用品、新能源汽车等。
在本案例中，系统全面地介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对无线充电设备进行多物理场耦合建模仿真，包括：线圈建模、天线激励的设置、天线之间的能量耦合、位置更改对能量传输效率的影响等。同时，还将结合案例讲解建模设置的要点及注意事项，并演示在 COMSOL® 5.5 中如何对无线充电设备进行仿真。
一、案例简介
本例通过研究针对 UHF RFID 频率调谐的两个圆环天线之间的能量耦合，阐述了无线电能传输的概念，并通过片式电感器来减小天线的尺寸。发射天线的方向固定，而接收天线旋转，我们根据 S 参数研究最佳耦合构型。
图1 基于接收天线方向计算两个圆环天线之间耦合效应的模型。空气域和完美匹配层未在此图中显示
二、模型定义
模型由两个印刷圆环天线组成，天线被带有完美匹配层 (PML) 的空气域包围。对于UFH RFID 通信，天线的工作频率为915 MHz。薄铜层在2 mm 聚四氟乙烯 (PTFE) 板上形成图案。铜层的厚度从几何上看非常薄，但它比该频率下铜的集肤深度s =2.15 μm 厚得多，因此将其模拟为理想电导体 (PEC)。通过在每个圆形铜迹线的中间插入代表 0805 表面贴装器件的集总电感器，使天线直径减小到约 0.22λ0。在配置为 PEC 的每条迹线的分离部分，分配一个具有 50 Ω参考阻抗的集总端口来激励或终止天线。
周围需要有完美匹配层才能吸收发射天线的辐射并描述无限自由空间中的天线耦合。
三、结果与讨论
图 2 显示 xy 平面上的电场模分布，以及发射天线的功率流随接收天线旋转角度变化的箭头图。当两个天线彼此正对时，接收天线的转动角为 0 ，电场发生强耦合。当接收天线的转动角为 90°时，接收天线周围没有可见的热耦合区域。描述功率流的红色箭头穿过接收天线，没有发生明显的失真。
comsol单模光纤仿真案例
Step-Index Fiber
Introduction
The transmission speed of optical waveguides is superior to
microwave waveguides because optical devices have a much
higher operating frequency than microwaves, enabling a far
higher bandwidth.
Today the silica glass (SiO 2) fiber is forming the backbone of
modern communication systems. Before 1970, optical fibers
suffered from large transmission losses, making optical
communication technology merely an academic issue. In 1970,
researchers showed, for the first time, that low-loss optical fibers
really could be manufactured. Earlier losses of 2000 dB/km now
went down to 20 dB/km. Today’s fibers have losses near the
theoretical limit of 0.16 dB/km at 1.55 μm (infrared light).
One of the winning devices has been the single-mode fiber,
having a step-index profile with a higher refractive index in the
在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建扳手的应力和应变2 | 扳手的应力和应变简介本教程演示了如何建立简单的稳态结构分析，通过示例分析了用组合扳手对螺栓施加扭矩的过程。虽然这个教程很简单，而且几乎没有工程师会在尝试转动螺栓前进行结构分析，但本示例针对 COMSOL Multiphysics 中的结构分析提供了极好的概述。模型定义模型的几何结构如下图所示。螺栓的固定约束施加在如下图所示的横截面上。组合扳手的底部施加了一个载荷。外加载荷固定约束这里，假定扳手和螺栓完全接触。本教程的一个可能的扩展是在扳手和螺栓之间施加一个接触条件，使得此处的摩擦和接触压力决定接触面的位置。3 | 扳手的应力和应变 案例库路径：COMSOL_Multiphysics/Structural_Mechanics/wrench建模操作说明从文件菜单中选择新建。新建在新建窗口中， 单击模型向导。模型向导1在模型向导窗口中， 单击三维。2在选择物理场树中选择结构力学>固体力学 (solid)。3单击添加。4单击研究。5在选择研究树中选择一般研究>稳态。6单击完成。几何 1导入 1 (imp1)1在主屏幕工具栏中单击导入。2在导入的设置窗口中， 定位到导入栏。3单击浏览。4浏览到该 App 的“案例库”文件夹，然后双击文件 wrench.mphbin。5单击构建所有对象。4 | 扳手的应力和应变6在图形工具栏中单击缩放到窗口大小按钮。添加材料1在主屏幕工具栏中，单击添加材料以打开添加材料窗口。2转到添加材料窗口。3在模型树中选择内置材料>Structural steel。4单击窗口工具栏中的添加到组件。5在主屏幕工具栏中，单击添加材料以关闭添加材料窗口。全局定义参数 11在模型开发器窗口的全局定义节点下，单击参数 1。2在参数的设置窗口中， 定位到参数栏。3在表中输入以下设置：名称表达式值描述F150[N]150 N作用力5 | 扳手的应力和应变 固体力学 (SOLID)固定约束 11在模型开发器窗口的组件 1 (comp1)节点下，右键单击固体力学 (solid)并选择固定约束。2在图形工具栏中单击线框渲染按钮。3选择“边界”35。边界载荷 11在物理场工具栏中单击边界，然后选择边界载荷。2选择“边界”111。3在边界载荷的设置窗口中， 定位到力栏。4从载荷类型列表中选择总力。5将Ftot矢量指定为0x0y-Fz负号表示力的方向朝下。网格 1使用较细化网格，因为几何包含小边和小面。1在模型开发器窗口的组件 1 (comp1)节点下，单击网格 1。2在网格的设置窗口中， 定位到物理场控制网格栏。3从单元大小列表中选择较细化。4单击全部构建。研究 1如果您的计算机内存大于 4 GB，可以跳过接下来的这一部分，直接进行求解。否则，请按照下面的操作步骤选用迭代式求解器：解 1 (sol1)1在研究工具栏中单击显示默认求解器。2在模型开发器窗口中展开解 1 (sol1)节点。3在模型开发器窗口中展开研究 1>求解器配置>解 1 (sol1)>稳态求解器 1节点。6 | 扳手的应力和应变4右键单击研究 1>求解器配置>解 1 (sol1)>稳态求解器 1>建议的迭代求解器 (solid)并选择启用。迭代式求解器所需的内存更小，但可能比直接求解器的效率低。求解在研究工具栏中单击计算。结果应力 (solid)默认的绘图组中，表面图显示了 von Mises 应力，使用变形子节点将位移可视化。作如下更改，使用更合适的单位。表面 11在模型开发器窗口中展开结果>应力 (solid)节点，然后单击表面 1。2在表面的设置窗口中， 定位到表达式栏。3从单位列表中选择MPa。4在应力 (solid)工具栏中单击绘制。5在图形工具栏中单击缩放到窗口大小按钮。应力 (solid) 11在模型开发器窗口中，右键单击应力 (solid)并选择复制。2在三维绘图组的设置窗口中， 在标签文本框中键入“第一主应变”。表面 11在模型开发器窗口中展开结果>第一主应变节点，然后单击表面 1。2在表面的设置窗口中， 单击表达式栏右上角的替换表达式。 从菜单中选择模型>组件 1>固体力学>应变>主应变>solid.ep1 - 第一主应变。7 | 扳手的应力和应变 3在第一主应变工具栏中单击绘制。请注意，最大主应变小于 2%，这个结果满足小应变假设。
Comsol经典实例008：热水杯静止散热
对流传热是物质之间传热的一种基本方式。热量传递过程是工程热物理学的重要研究内容。在工程上，对流传热是依靠流体质点的移动进行热量传递的。本例中仿真模拟了水杯中的流体对流传热过程，主要过程是热源项将热流传递给水杯壁面，然后再由水杯壁面传递给水杯内的水。
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“二维轴对称”，在“选择物理场”界面分别选择“流体流动→单相流→层流（spf）”和“传热→流体传热（ht）”。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“一般研究”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
Step02：本例针对二维轴对称杯子内的流体对流传热进行仿真，需要首先在全局参数中定义杯子的半径、高度、厚度等参数，如图2所示。
Step03：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“变量”选项，在其中定义热源变量，如图3所示。
图2 设置杯子的参数
图3 定义热源变量
Step04：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“共享属性”，并在下一级子菜单中选项“环境属性”，添加一个“环境属性1（ampr1）”节点，如图4所示。
图4 设置“环境属性1（ampr1）”节点参数
Step05：单击“几何1”节点，对几何体进行初始化定义，将几何体长度单位定义为“米（m）”，“默认修复容差”定义为“相对”，并将量级定义为10-6（10E6），如图5所示。
图5 几何体定义的设置方法
Step06：绘制第一个多边形。在“几何”工具栏单击“多边形”选项进行第一个多边形绘制，以“矢量”方式进行绘制，半径（r）和高度（z）均使用全局参数进行定义，如图6所示。
图6 绘制第一个多边形
