COMSOL软件介绍与应用

多孔介质传热传质报告题目姓名：学号：完成日期：COMSOL软件介绍与应用一、COMSOLMultiphysics软件介绍1.1COMSOLMultiphysics软件简介COMSOLMultiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，由瑞典COMSOL公司开发，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”，适用于模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOLMultiphysics以高效的计算性能和杰出的多场直接耦合分析能力实现了任意多物理场的高度精确的数值仿真，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。COMSOLMultiphysics起源于MATLAB的PDEToolbox，最初命名为PDEToolbox1.0。后来改名为Femlab1.0（FEM为有限元，LAB为实验室），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOLMultiphysics。在全球各著名高校，COMSOLMultiphysics已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500强企业中，COMSOLMultiphysics被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。2006年COMSOLMultiphysics再次被NASA技术杂志选为“本年度最佳上榜产品”，NASA技术杂志主编点评到，“当选为NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOLMultiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品”。COMSOLMultiphysics软件设计理念独特，她抛弃了传统意义上的单元（库）的概念，抛弃了网格划分时单个单元刚度矩阵的概念，将多个偏微分方程（组）直接组装成一个总的刚度矩阵。这样出现的结果即是，不管求解多少个物理场，我们只需选择对应的偏微分方程进行任意组合，软件自动联立求解，实现任意多物理场、直接、双向实时耦合。COMSOLMultiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。到现在，COMSOLMultiphysics已经更新至4.4版本，成为一套很完善的通用数值分析软件，下图是软件的整体构架：图中各模块分别为：•低频电磁场模块(AC/DCModule)•声学模块(AcousticsModule)•化学工程模块(ChemicalEngineeringModule)•地球科学模块（EarthScienceModule）•热传导模块(HeatTransferModule)•微系统模块(MEMSModule)•高频电磁场模块（RFModule）•反应工程实验室(ReactionEngineeringLAB)•结构力学模块(StructuralMechanicsModule)•优化实验室(OptimizationLAB)•CAD导入模块(CADImportModule)•材料库（MaterialLibrary）各模块之间可以相互耦合。同时COMSOL还有强大的外部整合接口，包括SolidWorks实时交互，SimplewareScanFE模型导入，MATLAB和Simulink联合编程，MatWeb材料库导入，Simpleware/Mimics接口，SolidWorks/AutodeskInventor实时交互，SPICE/PSPICE电路语言接口等。同时，COMSOL支持多种操作平台，包括Windows，Linux，MacOS等平台。1.2COMSOLMultiphysics的显著特点1.求解多场问题=求解方程组，用户只需选择或者自定义不同专业的偏微分方程进行任意组合便可轻松实现多物理场的直接耦合分析。2.完全开放的架构，用户可在图形界面中轻松自由定义所需的专业偏微分方程。3.任意独立函数控制的求解参数，材料属性、边界条件、载荷均支持参数控制。4.专业的计算模型库，内置各种常用的物理模型，用户可轻松选择并进行必要的修改。5.内嵌丰富的CAD建模工具，用户可直接在软件中进行二维和三维建模。6.全面的第三方CAD导入功能，支持当前主流CAD软件格式文件的导入。7.强大的网格剖分能力，支持多种网格剖分，支持移动网格功能。8.大规模计算能力，具备Linux、Unix和Windows系统下64位处理能力和并行计算功能。9.丰富的后处理功能，可根据用户的需要进行各种数据、曲线、图片及动画的输出与分析。10.专业的在线帮助文档，用户可通过软件自带的操作手册轻松掌握软件的操作与应用。11.多国语言操作界面，易学易用，方便快捷的载荷条件，边界条件、求解参数设置界面。1.3COMSOL提供的多种可供选择的模块COMSOLMultiphysics是多场耦合计算领域的伟大创举，它基于完善的理论基础，整合丰富的算法，兼具功能性、灵活性和实用性于一体，并且可以通过附加专业的求解模块进行极为方便的应用拓展。COMSOLMultiphysics中现有的模块包括：•AC/DC模块(AC/DCModule)•声学模块(AcousticsModule)•CAD导入模块(CADImportModule)•化学工程模块(ChemicalEngineeringModule)•地球科学模块（EarthScienceModule）•热传导模块(HeatTransferModule)•材料库（MaterialLibrary）•微机电系统模块(MEMSModule)•射频模块（RFModule）•结构力学模块(StructuralMechanicsModule)•COMSOL脚本解释器(COMSOLSCRIPT)•反应工程实验室(ReactionEngineeringLAB)•信号与系统实验室(SIGNALSSYSTEMSLAB)•最优化实验室(OPTIMIZATIONLAB)1.4COMSOLMULTIPHYSICS软件体系COMSOLMultiphysics的界面操作环境内建前处理、求解和后处理功能，建模分析过程中的各个步骤（几何模型绘制、指定材料特性和边界条件、剖分网格、求解以及结果后处理）都变得非常的容易实现。基于大量的预定义的应用模式，涵盖流体、传热、结构力学、电磁场、化学反应、地球科学及多场耦合模型，以及自定义偏微分方程，帮助用户十分迅速的建立分析模型。材料属性、载荷、边界条件可以定义为基于独立变量的任意函数。针对热能工程专业，COMSOLMULTIPHYSICS中有关流体，传热的模块中包含了众多模型可供用户选择。流动模型中包括单向流，播磨流动，多相流，多空介质和地下水流，非等温流，高马赫数流动，Rarefied流，流动流体离子追踪，流固耦合等模型，传热模型中包括固体传热，流体传热，管中传热，多孔介质传热，生物传热，薄壳传热，共轭传热，辐射，电磁热等模型，用户可根据自身需求选择相应模型。