传热模块

新增 App:鳍片散热器

这个新增 App 包含可以参数化几何结构的散热器,研究其共轭传热,其中的流体流动使用代数 yPlus 湍流模型来模拟。本模型可以仿真任意冷却空气速度下的不同散热器宽度和鳍片尺寸,甚至还可以改变散热器的数量。

输出给出了沿系统长度的冷却功率和平均压力降,添加的鳍片越多,冷却功率越高,但是同时增加了沿散热器长度的压力降。

App 的界面上显示通过用户设定求解得到的速度分布。 App 的界面上显示通过用户设定求解得到的速度分布。

App 的界面上显示通过用户设定求解得到的速度分布。

新增 App:同心管式换热器尺寸计算工具

在这个新增的仿真 App,一个换热器由两个同心管组成,其中包含两种不同温度的流体。非等温流 多物理场接口用来模拟换热器中的传热。这个 App 应用程序计算表征换热器的物理量,例如,换热功率、压力降,以及效率。管道结构、流体属性,以及边界条件都可以被定制。

在同心管式换热器 App 中定义管道属性。 在同心管式换热器 App 中定义管道属性。

在同心管式换热器 App 中定义管道属性。

代数湍流模型

现在传热模块中可以使用代数 yPlus 和 L-VEL 湍流模型,这些增强的粘度模型适用于内部流动,例如电子冷却应用。代数湍流模型消耗较小的计算资源,更加鲁棒,不过相对类似 k−ε 等模型的传递方程模型而言,通常精度偏低。这些湍流模型可以用于单相流接口和多物理场接口非等温流共轭传热

在一个电源单元(PSU)内使用 yPlus 代数湍流模型计算得到的流线。 在一个电源单元(PSU)内使用 yPlus 代数湍流模型计算得到的流线。

在一个电源单元(PSU)内使用 yPlus 代数湍流模型计算得到的流线。

局部热非平衡多物理场接口

局部热非平衡 (LTNE) 多物理场接口设计用来模拟多孔介质在宏观尺度上的传热,其中多孔基体和流体中的温度不相等。这与多孔介质传热的简化宏观尺度模型不同,后者忽略了固体与流体相之间的温差。典型应用包括使用热流体快速加热或冷却多孔介质,或者其中一相内由于感应或微波加热,放热反应等而发热。这种现象常见于核设施、电子系统,或者燃料电池等等。

耦合多孔介质流和湍流

单相流接口现在可以实现自由介质中的湍流与多孔介 质流耦合。用户可以在代数 y+或L-VEL湍流模型中添加‘流体和基体属性’域节点激活该 功能。这些湍流模型需要CFD模块或是传热模块才能使用,但是用户可以在其他模块中实现它们与多孔介质流动的耦合。

用户可以在多孔介质流动接口中开始建模,然后再添加自由流动区域,或是在自由流动接口中添加多孔介质区域。在多孔介质域复选框中可以添加流体和基体属性。多孔介质域求解布里克曼方程,在自由流动区域求解雷诺平均N-S方程。

最后,用户还可以根据实际,在多孔介质流动方程中添加Forchheimer修正项。用来描述高速孔隙流动(如多孔介质高速流)。

该图显示了多孔介质过滤器,视角远处为用于支撑的穿孔固体板。流体被抽吸通过过滤器,多孔过滤器的效果以及通过支撑板穿孔的湍流都在流动接口中被自动计算得到。 该图显示了多孔介质过滤器,视角远处为用于支撑的穿孔固体板。流体被抽吸通过过滤器,多孔过滤器的效果以及通过支撑板穿孔的湍流都在流动接口中被自动计算得到。

该图显示了多孔介质过滤器,视角远处为用于支撑的穿孔固体板。流体被抽吸通过过滤器,多孔过滤器的效果以及通过支撑板穿孔的湍流都在流动接口中被自动计算得到。

多孔域中的非等温流动耦合

在 COMSOL Multiphysics 5.1 版本以下模块的 单相流 接口,引入了‘流体和基体属性’特征:电池与燃料电池、CFD、化学反应工程、腐蚀、电化学、电镀、微流体,以及地下水流。

相应的,传热模块和 CFD 模块中的‘非等温流‘多物理场接口节点也得到了更新。现在它可以用来仿真需要耦合到’多孔介质传热‘和’流体与基体属性’特征的多物理场现象。这个功能可以用于模拟多孔介质中的非等温流动,例如,由于多孔介质基体中不同的温度分布产生的自然对流。还可以求解多孔介质域中的粘性耗散和压力功。

更进一步,还有可能使用’非等温流’多物理场耦合节点仿真非等温湍流,这可以通过在自由域中使用代数湍流模型,然后耦合到域外的多孔介质流来实现。

沉积波束功率

新增的’沉积波束功率’可用于三维窄激光、电子以及离子束在局部位置的沉积能量。其用户界面提供了不同选项来定义波束属性和轮廓类型:高斯分布或顶帽盘。它可以用来定义波束源点、方向矢量、厚度,以及沉积功率。通过这些输入,‘沉积波束功率’特征确定选定边界的交叉点,以及根据选定的分布函数施加的局部热源。

马兰戈尼效应

一个新增的多物理场特征耦合了单相流和传热接口,用来模拟由于依赖于温度的表面张力引起的 Marangoni 效应。当界面(通常为液-气)的表面张力随温度变化时,会发生 Marangoni (或热-毛细)对流。对于焊接、晶体生长,以及激光或电子束加热熔融金属等物理场,它是一个相当重要的效应。

激光束加热的金属熔体中由 Marangoni 效应引起的流动的等温面、表面上的流动方向(箭头),以及流线。 激光束加热的金属熔体中由 Marangoni 效应引起的流动的等温面、表面上的流动方向(箭头),以及流线。

激光束加热的金属熔体中由 Marangoni 效应引起的流动的等温面、表面上的流动方向(箭头),以及流线。

传热接口的最优缺省网格设定

所有的传热接口中的缺省网格设定利用了周期性条件和对条件。当启用这些特征时,缺省的网格就会在源边界和目标边界上使用相同的网格,尽量减少由于外推而产生的数值误差,这通常会出现在两侧的网格不一致的情况。此外,物理场控制的自动网格建议会自动处理无限元。新的自动网格建议会自动地在无限元域上应用扫掠(三维)或映射(二维)网格。

围绕着内部任意网格(有颜色的单元)的求解域的无限元域上的缺省网格(灰色单元)。 围绕着内部任意网格(有颜色的单元)的求解域的无限元域上的缺省网格(灰色单元)。

围绕着内部任意网格(有颜色的单元)的求解域的无限元域上的缺省网格(灰色单元)。

传热系数的附加校正

在传热系数库中增加了两个对流传热系数校正,对应于环绕球或长水平圆柱的外部自然对流。当模型的结构类似于这样的情况时,这些传热系数可以用来减少仿真成本。在这样的情况下,流体和热对流的计算被固体边界上的热通量边界所取代。

黑体强度和黑体辐射功率的预定义函数

传热接口提供了两个新函数,ht.fIb(T)ht.feb(T),分别用于计算黑体辐射强度和黑体辐射力。在两个函数中都考虑了介质的折射率。由于这些物理量定义为黑体温度的函数,因此可以用来计算任意温度下的值。例如,ht.feb(5770[K]) 给出了 5770 K 时的辐射力,这是用来将太阳模拟为黑体时的温度。

改进薄层特征

‘薄层’特征用来模拟小(尤其是薄)结构对模型的结果有显著影响的情况。尽管层的尺寸很小,温度可能随层厚出现明显的变化。这个特征得到升级,可以考虑除传导之外的现象,例如,表面-表面边界条件,等温域,或者热壁函数。

Bioheating Computations Now More than Five Times Faster

For heating of biological tissue, a new solution method can give more than five times speedup. This performance improvement is available for damage integral analysis when the Temperature of threshold option is active and Temperature of necrosis reached due to hyper- or hypothermia In addition, the detection of temperatures exceeding the temperature of necrosis has been improved.

重构了显示在方程栏中的方程

所有特征中的 "方程" 栏都得到了改进,具有更好的可读性和统一性。

‘流体传热’特征更新后的方程示例。 ‘流体传热’特征更新后的方程示例。

‘流体传热’特征更新后的方程示例。

新增教学模型:模拟用于皮肤癌检测的锥形介电探针

众所周知,频率 35 GHz 到 95 GHz 的毫米波对水含量的响应相当敏感。在这个仿真 App 的模型中仿真了一个无需开刀的检测中低功率 35 GHz Ka 波段毫米波及其对湿度的反射率。

因为皮肤癌肿瘤包含的温度高于健康皮肤,它会在这个频率波段给出更强的反射信号。因此,探针检测肿瘤位置处的 S 参数的不正常信号。使用二维轴对称模型,快速分析了一个工作于主模式的圆形波导和锥形介电探针,以及探针的辐射特征。同时还进行了皮肤的温度变化和坏死组织分数的分析。

仿真显示了由于探针辐射,暴露 10 分钟后产生的温度变化小于 0.06 K。 仿真显示了由于探针辐射,暴露 10 分钟后产生的温度变化小于 0.06 K。

仿真显示了由于探针辐射,暴露 10 分钟后产生的温度变化小于 0.06 K。

新增教学模型:多孔介质在小蒸发速率下的蒸发

食品和造纸工业中多孔介质的蒸发是一个重要的工艺过程,其中必须考虑很多物理效应:流体流动、传热,以及流体中的传质。这个教学模型描述了空气层流过潮湿的多孔介质,入口为干燥空气,随着空气流过多孔介质,其湿度含量随之增加。蒸发速率足够小,可以忽略多孔介质中产生属性变化。

更新教学模型:保温瓶

这个 App 计算保温瓶中的热液体随时间耗散的热量,模型中包含最近刚引入的等温域特征来监视温度。

保温瓶中的咖啡经过 10 小时后的温度降(左)和最终温度分布(右)。 保温瓶中的咖啡经过 10 小时后的温度降(左)和最终温度分布(右)。

保温瓶中的咖啡经过 10 小时后的温度降(左)和最终温度分布(右)。

更新教学模型:电气箱冷却

这个 App 应用程序使用新增的 yPlus 代数湍流模型来模拟流动,因此您可以快速模拟设备中的流动,其中的网格剖分和求解器设定经过了简化,这样可以使得模型的设定更加快捷。这个 App 求解了 1.1 百万自由度,需要大约 6 GB 内存。

使用新增的 yPlus 代数湍流模型求解得到湍流冷却的电源单元(PSU)中的温度分布。 使用新增的 yPlus 代数湍流模型求解得到湍流冷却的电源单元(PSU)中的温度分布。

使用新增的 yPlus 代数湍流模型求解得到湍流冷却的电源单元(PSU)中的温度分布。

新增教学模型:角系数计算

这个基准模型演示如何计算两个相互辐射的同心球的几何角系数,将仿真结果与解析值进行比较,匹配很好。

用于计算两个相互辐射的同心球之间的几何角系数的 App 中的基准几何结构。 用于计算两个相互辐射的同心球之间的几何角系数的 App 中的基准几何结构。

用于计算两个相互辐射的同心球之间的几何角系数的 App 中的基准几何结构。