25CST粒子工作室实例

CST粒子工作室仿真CST仿真基本流程使用CST进行仿真，一般都要包括如下步骤：1.1选择合适的工作室：加速器领域，常应用的工作室有：微波工作室，电磁工作室，粒子工作室。如下图所示：1.2选择合适的模板：CST模板定义了仿真该类型的问题的一些基本设置，1.3定义尺寸：在工具栏solveunit中定义，如下图所示。在后面的仿真设置中，除非系统提示，单位都会按这个标准来设置。1.4进行建模利用WCS工具栏（局部坐标），curve(曲线)和object(物体)工具栏中的命令进行建模。1.5设置必要的电磁元件所有必要的设置都在solve栏中。例如微波工作室中端口(Waveguideportsordiscreteports)的设置，如不设置则无法进行对应的仿真操作，比如在微波工作室中，如果不定义端口，则无法进行TransientSolver和FrequencyDomainSolver的求解。1.6设置背景材料和边界条件在solve栏中进行设置背景材料是指在计算域中未被填充的部分应填充的材料，边界条件是指计算域边界的设置，后面有详细说明1.7Mesh设置在Mesh栏中进行Mesh设置,Mesh设置将直接影响到仿真结果的正确性，故应特别重视。1.8启动求解器solve某solver进行仿真工作需对每个求解器的原理有充分的认识，按照求解器实际情况进行仿真设置工作。1.9得到结果：仿真后在navigationtree1DResults或者2D/3DResults中看看到仿真结果。1.10结果后处理：在result选择适当的选项对结果进行后处理。特别是TemplateBasedPostporcessing利用结果后处理模板进行结果的后处理计算。第2章仿真入门实例：2.1光阴极微波电子枪初步建模及简单研究选择模板：选择模板为particletracking，如下图所示：保存文件点击FileSave,将文件命名为ParticleTracking.cst。定义单位SolveUnit:如下所示：定义背景材料SolveBackground将Materialtype设为PEC，其他设置不变。建立微波结构模型2.1.1.1新建components,右键点击Components，选择NewComponent，命名为microwave2.1.1.2绘制微波结构旋转面.2.1.1.2.1右键点击Curve，选择NewCurve2.1.1.2.2利用坐标绘制第一段线段点击Curve1，使之背景变深，点击curveLine，按Tab健直接输入起点坐标：（0，0）再按Tab健输入终点坐标：（0，4.151）建立第一条线段：2.1.1.2.3利用pick工具和坐标绘制第二段线段点击curveLine，起点选择为第一条线终点，方法选择objectpickpickpoint(或直接使用快捷键p)，如下图：可选的点均变为灰色，可见图中有两个点，双击选择上方的点，即第一条线终点。之后再按Tab健，输入坐标(2.377,4.151)2.1.1.2.4绘制第三段线段点击curveLine，起点选择为第二条线段终点，再点击Tab健输入坐标(2.377，2.177)，得到如下图所示：2.1.1.2.5继续建立线段点击curveLine，点击Tab健，起点选择为(4.404,2.177)，点击Tab健，终点输入为(4.404,4.205048)。点击curveLine，起点利用pickpoint工具，双击选择前一条线段终点，终点点击Tab健，输入(7.648,4.205048)。点击curveLine，起点利用pickpoint工具，双击选择前一条线段终点，终点点击Tab健，输入(7.648,2.177)。得到如下图所示模型：2.1.1.2.6绘制三个圆方法如下：点击curveCircle，点击Tab，输入坐标(3.304,2.177)，再点击objectpickpickpoint(或直接使用快捷键p)，双击选择第三段线段下方的点：点击curveCircle，点击Tab，输入坐标(3.477,2.177)，再点击objectpickpickpoint(或直接使用快捷键p)，双击选择第四段线段下方的点。点击curveCircle，点击Tab，输入坐标(8.575,2.177)，再点击objectpickpickpoint(或直接使用快捷键p)，双击选择第六段线段下方的点，得到如下图形：2.1.1.2.7删除多余的圆，保留所需的三段圆弧：对于第一个圆，点击curveLine，再用pickpoint方法，选择保留圆弧的起点和终点。得到如下图形：在navigationtree中点击刚刚建立的line7，如下图所示：点击curvetrimcurves或点击#，再选择circle1，点击回车。之后提示删除的部分，如下图：双击即可删除多余的部分，只保留一段圆弧即可。按照相似的操作对于第二个圆和第三个圆都进行相同的操作，得到如下图形：2.1.1.2.8绘制线段，形成闭合曲面首先链接两段圆弧之间部分，点击curveLine，利用pickpoint工具链接圆弧直接断开部分，建立线段，点击curveLine，利用pickpoint工具选择第三段圆弧右端部分，终点按Tab键输入(15,1.25)。建立线段，利用pickpoint工具选择上一段线段右端部分，终点按Tab键输入(15,0)。建立线段，利用pickpoint工具选择原点和右侧端点，曲面绘制完成，如下所示：2.1.1.3旋转得到微波结构：2.1.1.3.1将闭合curve转变为sheet选中curve1，点击curvescoverplanarcurve，如下所示：双击curve1任意一条边，弹出如下对话框：材料选择为Vacuum,建立在microwave组中，点击OK仅仅有数学意义的curve转变为一个有物理材料属性的2维平面，如下图所示：2.1.1.3.2旋转操作：点击objectpickpickface双击选择该面，点击objectrotate刚才我们只是选择了旋转面，还没有定义旋转轴，故系统提示选择定义旋转轴，可用pick工具进行定义，选择两个点确定旋转轴，我们选择x轴上旋转面边界的起点和终点即可。如图可见，旋转面上带有红色斑点，旋转轴为蓝色，再次点击objectrotate点击OK，弹出提示,原因是sheet和旋转体有交集：Sheet全部包含在旋转体中，选择addbothshape即可，得到形状如下所示。微波结构腔型建立完成。建立聚焦线圈2.1.1.4建立线圈横截面设线圈距腔体内壁距离为5公分，采用相对建模法。2.1.1.4.1改为横截面视图点击viewcuttingplane或使用快捷键shift+c，改为横截面视图，弹出对话框：将usecutplane选中，axis选择z轴，位置为0.00000，点击close,视图变为截面形式，如下所示：2.1.1.4.2建立线圈横截面第一条线段：点击curveLine，再选择pickpoint，选择第二段腔体左侧端点后，点击Esc：出现如下对话框：将Y1:yp(25)改为yp(25)+2.5，x2:改为xp(25)，Y2:改为yp(25)+5，即线圈宽度2.5cm。得到图形如下所示，2.1.1.4.3建立线圈横截面其他线段，如下所示：线圈长度为5cm，按照类似的步骤建立步骤建立第二条线和第三条线，设置如下：得到如下图形：连接两个端点，即得到线圈横截面，如下所示。2.1.1.5建立线圈旋转路径2.1.1.5.1调整坐标系：点击WCSLocalCoordinateSystem，激活局部坐标系。再点击alignWCSwithYZplane，对局部坐标系进行调整之后点击MoveLocalCoordinate，对坐标系进行移动。弹出对话框，在dw方向输入10，如下所示：得到图像如下所示：可见局部坐标系已经移动到指定位置。2.1.1.5.2绘制路径：在navigationtree中右键点击Curves，选择NewCurve，如下所示：选中新建的Curve2，点击工具栏中curvecircle,直接点击Esc，输入坐标：centre为(0,0)，半径为4,得到如下曲线。点击viewcuttingplane或使用快捷键shift+c，将usecuttingplane选项关闭。点击close，可得到如下视图：2.1.1.6建立线圈点击solveCurrentCoilfromCurves，如下所示：主窗口上方，提示双击选择线圈横截面，双击选择方形coil，如下：接下来主窗口提示选择线圈横截面路径，选择圆，之后弹出对话框如下：定义电流为2.0A，匝数为1000匝2.1.2求解聚焦磁场由于之前的设置主要考虑微波场的作用，将背景材料设为PEC以简化计算，而求解聚焦磁场，我们对模型做一定假设，设整个材料磁导率是均一的，故可近似等效为线圈在真空环境下对轴线的作用2.1.2.1另存文件：点击FileSaveAs另存为magnetic.cst文件。2.1.2.2更改背景材料：点击SolveBackgroundMaterial，将背景材料更改为Normal,如下所示。并将Y、Z方向计算域的距离进行扩展，如下方设置，由于静磁场是无限延伸的，计算域越大，计算越精确。2.1.2.3设置边界条件：该模型不复杂，为真实反映线圈的实际工作，将边界条件设为open(addspaceif)。如下所示：2.1.2.4点击SolveM-staticSolver，打开静磁求解器将精度设置为1e-6，如下：点击Start，开始求解，很快得出结果，点击NavigationTree中2D/3DResults中的B-Field文件夹，如下：得到场型，如下所示。在CST2009里，可通过场导入的方法直接导入到particletracking模式进行计算，而在CST2008中，无法这样做，但在这个情况下，磁场沿x轴是轴对称的，故可以通过x方向磁场确定整个空间的场分布（根据磁场无源公式及轴对称公式）。2.1.3导出聚焦磁场2.1.3.1利用后处理模板求解沿轴向磁场：点击ResultTemplateBasedPostprocessing…Shift+P弹出对话框，选择EvaluateFieldalongarbitraryCoordinates弹出对话框：按照如下图进行设置即可考察沿x方向场分布情况。点击OK，回到刚才后处理模板对话框，点击evaluate。即得到场型图，如下所示：2.1.3.2导出场型文件。当主窗口为显示磁场型时，点击FileExportPlotData保存为magneticfieldalongX.txt文件。2.1.4导入聚焦磁场2.1.4.1打开最初保存的particletracking.cst文件。2.1.4.2调整局部坐标系由于在导入场时，只能沿全局坐标系的z轴或者局部坐标系的w轴导入，而在本例中，是沿x轴导出的场，故必须使局部坐标系的w轴与x轴重合。方法为点击ObjectPickPickCirclecenterPoint,再点击WCSAlignWCSwithSelectedPoint在主窗口可见此时的w轴跟x轴完全等效。2.1.4.3导入操作：在主窗口可见此时的w轴跟x轴完全等效，即可进行导入。点击SolvePredefinedMagneticField…弹出对话框，Type选择1DDescription，点击Import,选择刚才导出的场文件，再将不正确的值删除，可通过观察主窗口的磁场图形来验证结果的正确性。2.1.5定义粒子源2.1.5.1绘制粒子源确认局部坐标系为打开状态，点击ObjectBasicShapeCylinder，创建圆柱，点击Esc，输入坐标，圆心为(0,0)，半径为1.5，高度为-0.1到0，如下：2.1.5.2设置粒子源2.1.5.2.1隐藏其他部件由于粒子源很小，故为便于对其设置，将其他结构隐藏，方法为右键点击其