Comsol CFD及传热模块     咨询热线： 027-87376753

“CFD 模块”是 COMSOL Multiphysics® 仿真平台的附加产品，您可以使用该模块来定义和研究流体流动系统以及与其他物理现象耦合的流体流动系统。“CFD 模块”提供的各种工具可用于模拟流体流动基础分析，包括：

不可压缩流动和可压缩流动

层流和湍流

单相流和多相流

自由和多孔介质流动以及开放域中的流动

薄膜流动

这些功能通过结构化流体流动接口实现，支持您定义、求解和分析二维、二维轴对称和三维中的时变（瞬态）和稳态流动问题。除上述列表以外，“CFD 模块”还包含定制功能，用于求解非牛顿流体、旋转机械和高马赫数流动等问题。

多相流

 在分离的多相流系统中，您可以使用表面追踪方法为气泡、液滴以及自由表面的特性进行详细建模和仿真。对于此类情况，您可以使用分离多相流的表面追踪技术来详细描述相界的形状，包括表面张力效应。

 对于包含大量气泡、液滴或粒子的系统，如果它们相比于计算域来说较小，则可以使用分散多相流模型进行分析。这些模型可以跟踪不同相的质量分数以及分散的气泡、液滴或粒子在平均意义上对流体中动量传递的影响。

 以下分离和分散的多相流模型适用于瞬态流动和稳态流动：

分离多相流模型

水平集方法

相场方法

分散多相流模型

气泡流模型

混合物模型

Euler-Euler 模型

相传递

使用 COMSOL Multiphysics 及附加的“CFD 模块”模拟三相流的示例。

多孔介质流动

借助“CFD 模块”，您可以使用三种不同的多孔介质流动模型轻松模拟多孔介质流体流动。

多孔介质流动模型

达西定律

Brinkman 方程

自由和多孔介质流动

高马赫数流动

模拟可压缩流体在层流和湍流状态下的跨声速和超声速流动。层流模型通常用于低压系统，并能够自动定义理想气体的动量、质量和能量平衡方程。k-ε 和 Spalart-Allmaras 湍流模型支持分析高马赫数流动。

 COMSOL® 软件可自动制定与理想气体的动量和质量平衡方程耦合的能量方程。在这两种情况下，对这些模型进行网格划分时，自动网格细化通过细化速度和压力梯度非常高的区域来解析激波形状。

旋转机械中的流体流动

 混合器和泵等旋转电机在产生流体流动的过程和设备中非常常见。“CFD 模块”提供旋转机械接口，可以定义旋转坐标系中的流体流动方程，适用于单相层流和湍流。您可以使用旋转系统的全瞬态描述来定义和求解问题，也可以使用基于冻结转子近似的平均方法，后者能够有效节省计算资源，可用于计算平均速度、压力变化、混合水平、平均温度和浓度分布等。

 总的来说，“CFD 模块”不仅可以求解旋转坐标系中的流体流动问题，还能够求解任何动坐标系中的此类问题。您可以使用动坐标系来求解两个结构之间存在流体流动时，其中一个结构相对于另一个结构的滑动问题，采用动网格可以轻松建立并求解此类问题。

Comsol传热分析专用功能

共轭传热和非等温流动

“传热模块”内置了可对共轭传热和非等温流动效应进行建模的专用功能，可用于模拟换热器、电子冷却以及节能等诸多应用。

 软件支持对自然对流和强制对流的层流和湍流流动进行建模，可以分析压力功和粘性耗散对温度分布的影响。用户可以使用 k-ε、低雷诺数 k-ε、代数 y+ 或 LVEL 湍流模型等雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型进行湍流建模。在与 CFD 模块结合使用时，您还可以使用 Realizable k-ε、k-ω、剪切应力输运（SST）、v2-f 及 Spalart-Allmaras 等湍流模型。

 在流-固界面，系统会根据流动模型自动选取连续性、壁函数或自动壁处理等方式来处理界面上的温度过渡。通过激活重力 特征，您还可以轻松地分析自然对流。

 使用 COMSOL Multiphysics 基本模块和“传热模块”进行的非等温流动建模示例。

薄层和薄壳

“传热模块”提供专业的层模型和多层材料技术用于薄层传热建模，方便您轻松定义复杂的几何构型，并研究几何尺寸远小于模型其余部分尺寸的层中的传热。此功能适用于薄层、壳、薄膜和裂隙。

 对于各个单层来说，热薄层模型适用于分析高导热材料，其中层对传热所起的作用主要在其切向方向，并且各层面之间的温差可以忽略不计；与此相反，热厚层模型则可以表示在壳厚度方向起热阻作用的低导热性材料，用于计算两个层面之间的温差。通用模型由于嵌入了完整的热方程，因此具有较高的精度和广泛的适用性。多层材料特征支持与常规域模型相似的热载荷。值得一提的是，您可以在层或层界面上定义热源和热沉，并可以在壳的两侧定义热通量和表面对表面辐射。

 采用多层材料技术时，您可以使用各种预处理工具对多层材料进行详细定义、从文件加载多层结构构型/将构型数据保存到文件，并使用其中的层预览特征。此外，该模块还包含许多可视化工具，可以将多层薄结构作为现成的三维实体模型，为其中的结果生成绘图；具体来说，支持表面图、切面图和全厚度图。多层材料功能在 AC/DC 模块和结构力学模块中提供，使您可以在多层材料中包含电磁热或热膨胀等多物理场耦合功能。

表面对表面辐射

“传热模块”使用辐射度方法模拟漫反射表面、混合漫反射-镜面反射表面和半透明层上的表面对表面辐射。这些表面和层支持二维和三维几何结构，当模拟漫反射表面时，也支持二维不对称几何结构。表面属性可以取决于模型中的温度、辐射波长或任何其他物理量。此外，该模块还支持根据光谱带定义透明度属性（支持任意数量的光谱带）。

 模块预置了太阳和环境辐射的相关设定，其中短波长（太阳光谱带）的表面吸收率与较长波长（环境光谱带）的表面辐射率可能有所不同。不仅如此，您还可以根据地理位置和时间来定义太阳辐射方向。

 模块使用 Hemicube 方法、射线发射法或直接积分面积法来计算角系数。您可以设置对称平面或扇区来提高仿真计算效率。通过结合使用动坐标系，表面对表面辐射界面可在几何构型发生变形时自动更新角系数。

相变

 通过使用“传热模块”，您可以轻松地分析传热中的相变现象。相变材料 节点可以通过显热容法来模拟相变，并能分析相变焓以及材料属性的变化，还可以使用动网格为相变引起的体积变化进行建模。

传导、对流和辐射分析

“传热模块”可用于详细研究三种类型的传热，对核心 COMSOL Multiphysics® 仿真平台的分析功能进行了扩展。

传导

您可以将热导率定义为各向同性或各向异性，描述任意材料中发生的传导现象。热导率可以恒定，也可以随温度（或任何其他模型变量）发生变化。

对流

分析受流体运动影响的传热仿真。您可以使用内置特征来模拟压力功、粘性耗散，以及强制对流和自由（自然）对流。当您在单相流 接口中选择重力选项后，系统会自动模拟自然对流。

辐射

借助“传热模块”，您可以使用辐射度方法为表面对表面辐射建模，也可以使用 Rosseland 近似、P1 近似或离散坐标法（DOM）为参与介质中的辐射建模。P1 近似和离散坐标法也可用于吸收和散射介质中的辐射，用于模拟非散射介质中的光散射等。不仅如此，您还可以使用朗伯比尔定律为吸收介质辐射中的辐射束建模，并将这一效应与其他形式的传热进行耦合。

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