COMSOL Multiphysics?軟件經(jīng)常被用來模擬固體的瞬態(tài)加熱。瞬態(tài)加熱模型很容易建立和求解，但它們?cè)谇蠼鈺r(shí)也不是沒有困難。例如，對(duì)瞬態(tài)加熱結(jié)果的插值甚至?xí)垢呒?jí) COMSOL?用戶感到困惑。在這篇文章中，我們將探討一個(gè)簡(jiǎn)單的瞬態(tài)加熱問題的模型，并利用它來深入了解這些細(xì)微差別。

一個(gè)簡(jiǎn)單的瞬態(tài)加熱問題

圖1顯示了本文所討論主題的建模場(chǎng)景。在這個(gè)場(chǎng)景中，將一個(gè)空間上均勻分布的熱載荷施加在一個(gè)具有均勻初始溫度的圓柱體材料頂面的圓形區(qū)域內(nèi)。最開始載荷很高，但在一段時(shí)間后會(huì)逐漸下降。除了施加熱載荷外，還添加了一個(gè)邊界條件來模擬整個(gè)頂面的熱輻射，它使零件重新冷卻。假設(shè)材料屬性(熱導(dǎo)率、密度和比熱)和表面輻射率在預(yù)期溫度范圍內(nèi)保持不變，并且假設(shè)沒有其他作用的物理場(chǎng)。我們的建模目標(biāo)是用它來計(jì)算圓柱體材料內(nèi)隨時(shí)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(gè)類似的建模場(chǎng)景，但請(qǐng)記住，本文討論的內(nèi)容適用于任何涉及瞬態(tài)加熱的情況。

圖1.頂面有一個(gè)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(jié)構(gòu)開始建立模型，但我們可以從一個(gè)更簡(jiǎn)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?qū)ΨQ的，所以我們可以合理地推斷，解也將是軸向?qū)ΨQ的。因此，我們可以將模型簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱建模平面。在中間的圓形區(qū)域內(nèi)，熱通量是均勻的。最簡(jiǎn)單的建模方法是通過在二維域的邊界上引入一個(gè)點(diǎn)來修改幾何形狀。這個(gè)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)，可以確保所產(chǎn)生的網(wǎng)格與熱通量的變化完全一致。考慮到這些，我們可以創(chuàng)建一個(gè)等效于三維模型的二維軸對(duì)稱計(jì)算模型(圖2)。

圖2.相當(dāng)于三維模型的二維軸對(duì)稱模型。顯示的是默認(rèn)網(wǎng)格。

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

文章來源：技術(shù)鄰 - 早睡早起做不到

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審核編輯：湯梓紅