在COMSOL中模擬瞬態加熱的方法

COMSOL Multiphysics?軟件經常被用來模擬固體的瞬態加熱。瞬態加熱模型很容易建立和求解，但它們在求解時也不是沒有困難。例如，對瞬態加熱結果的插值甚至會使高級 COMSOL?用戶感到困惑。在這篇文章中，我們將探討一個簡單的瞬態加熱問題的模型，并利用它來深入了解這些細微差別。

一個簡單的瞬態加熱問題

圖1顯示了本文所討論主題的建模場景。在這個場景中，將一個空間上均勻分布的熱載荷施加在一個具有均勻初始溫度的圓柱體材料頂面的圓形區域內。最開始載荷很高，但在一段時間后會逐漸下降。除了施加熱載荷外，還添加了一個邊界條件來模擬整個頂面的熱輻射，它使零件重新冷卻。假設材料屬性(熱導率、密度和比熱)和表面輻射率在預期溫度范圍內保持不變，并且假設沒有其他作用的物理場。我們的建模目標是用它來計算圓柱體材料內隨時間變化的溫度分布。在 COMSOL 案例庫中的硅晶片激光加熱教程模型中，有一個類似的建模場景，但請記住，本文討論的內容適用于任何涉及瞬態加熱的情況。

圖1.頂面有一個熱源的圓柱體材料幾何模型。

盡管我們很想通過繪制圖1中所示的精確幾何結構開始建立模型，但我們可以從一個更簡單的模型開始。在圖1中，可以看到幾何體和載荷是圍繞中心線軸向對稱的，所以我們可以合理地推斷，解也將是軸向對稱的。因此，我們可以將模型簡化為二維軸對稱建模平面。在中間的圓形區域內，熱通量是均勻的。最簡單的建模方法是通過在二維域的邊界上引入一個點來修改幾何形狀。這個點將邊界劃分為受熱和未受熱的部分。在幾何形狀上增加這個點，可以確保所產生的網格與熱通量的變化完全一致?？紤]到這些，我們可以創建一個等效于三維模型的二維軸對稱計算模型(圖2)。

圖2.相當于三維模型的二維軸對稱模型。顯示的是默認網格。

此外，我們還考慮了施加的熱通量大小的瞬時變化的情況；在 t=0.25s 時，它的值變得較低。載荷的這種階梯式變化應該通過使用事件接口來解決，如 COMSOL 知識庫中關于求解包含時變載荷階躍變化的模型一文所述。簡單來說，事件接口會準確地告訴求解器載荷的變化什么發生，求解器將相應地調整時間步長。我們可能也想知道求解器采取的時間步長，這可以通過修改求解器的設置，按求解器的步長輸出結果，然后就可以…………

文章來源：技術鄰 - 早睡早起做不到

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審核編輯：湯梓紅