COMSOL在科研中的应用.pdf

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USA,Sweden,Finland.AboutCOMSOL仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLinGlobal仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLinGlobal仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationMichelinMicrosoftNASAPhilipsPirelliProcter&GambleSAABSeagateVolvoRoyalInstituteofTechnologyChalmersStanfordMITUniversityofSheffieldUniversityofCambridgeUniversityofOxfordTUEindhovenABBAgilentAstraZenecaFiatFordHondaHPIBMIntelHarvardUCLAUniversityofTokyoIndianInstituteofTechnologyUniversityofWesternCapeKingFahdUniversityofPetroleum&MineralsCOMSOLinGlobal仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation亚太总部：

上海分布：

北京、武汉、深圳CnTech仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation专业的软件集成与实施和项目咨询强大的技术支持网络专业的售后服务团队和培训中心关注客户需求，提升客户价值中仿科技（CnTech）是COMSOL公司在中国内地及港澳地区唯一合作伙伴了解更多详细信息，请访问：

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4008885100仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation二、背景概述仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真何为仿真？

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仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation工程设计应用等计算机辅助工程（CAE）揭示科学奥秘和科学规律指导实验产品的思想和概念的创新缩短开发周期，节约成本仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation科学研究的方法：

简单复杂单物理场多物理场人类的演化：

单一多元低级高级研究趋势电磁力热流体反应电磁力热流体反应仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation偏微分方程（PDE）：

含有一个或多个未知变量及其偏微分的方程fauuuuctudtueaa）（22zyx,偏微分方程描述物理场1）（utU热传导方程仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation声学传热电磁流体流体材料反应力学力学岩土岩土结构化学什么是多物理场声学磁流体流体材料力学力学岩土岩土传热电磁反应结构化学仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation物理场1偏微分方程1.偏微分方程组的解物理场2偏微分方程2物理场N偏微分方程N求解偏微分方程组多物理场问题分析仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationMultiphysicsisthenameofthegame,whilePDEssettherules.Dr.SvanteLittmarck,CEOofCOMSOLInc.GameandRules仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation三、COMSOLMultiphysics软件简介仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationModulesLivelinksforCADCADImportLivelinksforMatlabJavaScriptWhatisCOMSOLMultiphysics仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationLotsofphysics,lotsofsoftwareElasticityAbaqus,Ansys,NastranetcAirresistanceFluent,CFXetcElectronicsAnsoft,MaxwellHeattransferFlowtermChemicalreactionsAspenCOMSOLcoversallCOMSOLcoversallWhyCOMSOL?

仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation应用领域：

碱性燃料电池盐熔碳酸盐燃料电池直接甲醇燃料电池质子交换膜燃料电池固体氧化物燃料电池锂离子电池镍氢电池铅酸蓄电池电池与燃料电池模块第一、第二、第三电流密度分布等的功能。

可由固体或多孔材料电极以及任意浓度的电解液组成。

可对热传、流体流动、电化学反应等多物理进行耦合仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCFD模块应用领域：

应用领域：

共轭传热旋风分离器,过滤器和分离装置电子冷却风扇，格栅和泵车辆和结构的外部绕流管道，阀门，接口和喷嘴内的流体流化床和喷剂流构耦合（FSI）气泡流热交换和散热凸缘润滑和流体弹性力学医药/生物物理应用，如血管血流问题混合器和搅拌容器非等温流非牛顿流聚合物流和粘弹性流多孔介质流沉淀，乳液和悬浮液湍流仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电镀模块应用领域：

应用领域：

阳极氧化镀铬铬处理腐蚀保护E涂层电涂层电着色采矿电沉积电路板制造电沉积电成型电镀功能性电镀抗腐蚀涂层仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation微流模块应用领域：

应用领域：

毛细力化学和生化传感器介电泳（DEP）DNA芯片和芯片实验室电凝聚电动流电渗电泳电湿润流固喷墨打印机磁泳马兰哥尼效应微反应器，微泵，微混合器分子流多孔介质流稀薄气体流静态混合器表面张力效应两相流真空系统仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation热传模块铸造和热处理过程电子电器系统及电源的对流冷却烘干和冷冻干燥搅拌摩擦焊摩擦熔炉设计热交换器材料热处理电阻生热和感应生热热力学设计刹车盘，冷却法兰，排气管焊接电结构电磁热仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation结构力学模块声-结构耦合弹塑性材料和超弹性材料分析机电设备疲劳分析流固耦合多物理场接触压电效应应力光学效应热摩擦热结构耦合电结构热声流体仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationAC/DC模块电容、电感和电阻电磁兼容和干扰电磁换能器、传感器和变压器高电压分布和轨道炮绝缘和传导静磁和电磁屏蔽MEMS和霍尔传感器电动机、发电机和其他电机等离子体模拟和磁流体动力学焦耳热和感应加热电磁电磁仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationMEMS模块加速度计执行器悬臂梁和其它开关微通道中流固耦合MEMS声换能器MEMS电容器MEMS热传感器微反应器、微泵、微混合器压电、压阻器件电结构电磁热仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationRF模块射频微波光学工程金属、电介质、旋磁、工程特性的超材料天线、波导和谐振腔表面等离子体生热超材料微波和射频加热微波器件微波烧结石油探测/海床探测天线和波导中的热应力效应传输线/波导线仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation粒子追踪模块在CFD，电磁，声学和其他应用领域，追踪粒子和物理场之间的相互作用。

Mixinginastaticmixer应用范围：

流体可视化混合喷雾粒子分离质谱分析离子光学声流射线追踪仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation易用性开放性灵活性COMSOLMultiphysics“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics的特点易用性基于模型树的流程化操作完全开放的架构多物理场耦合专业的计算模型库内嵌CAD建模工具及第三方CAD导入丰富的后处理功能多国语言操作界面开放性对用户透明可任意修改现有模型支持建立自己的模型/方程灵活性与MATLAB无缝链接实现强大二次开发JAVA编程构建自己的有限元软件仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation基于模型树的流程化操作仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation内嵌CAD建模工具及第三方CAD导入仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation完全开放的架构仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation丰富的后处理功能仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建立自己的模型/方程仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation专业的计算模型库仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation自定义耦合模式自定义耦合模式在各个物理场中分别设定填入各物理场之间的耦合关系多物理场耦合常用方法仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation采用预置耦合模式采用预置耦合模式声-固、结构-热、流-固、电-热、多物理场耦合常用方法仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation选择物理模型设置材料属性设置边界条件网格剖分求解数据后处理COMSOLMultiphysics仿真流程仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationModelBuilder快速建模扩展CAD协同功能：

LiveLinkforPro/ENGINEERLiveLinkforSolidWorksLiveLinkforAutodeskSpaceClaimMatlabInventorCOMSOLMultiphysics前处理仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation插值曲线：

创建插值函数从模型mph文件中导入参数化几何序列在模型树上剪切粘贴几何对象和操作在3D几何的2D透视工作面上绘制草图COMSOLMultiphysics前处理仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation2D图像导入使用灰度图像数据描述材料分布平均计算或均化：

从电导率，介电常数，弹性或孔隙率等微观量到等价宏观均值当仅需要近似结果时能加速计算支持的格式：

JPG,JPEGBMPPNGGIF原始图像=粘度COMSOLMultiphysics前处理仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation扩展扫掠式网格功能扫掠网格的新功能：

N到M,NM分隔为N部分的表面能被扫掠为由M部分组成的表面，其中NM扩展网格拷贝功能COMSOLMultiphysics网格剖分仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation图像面图箭头标示流线粒子追踪线图体积图切面等值面动画图表数据（例如Excel）综合报告结果可视化COMSOLMultiphysics后处理仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation支持脚本代码.可以将COMSOL文件保存为MATLAB的M文件.能对M文件作出修改操作和调用定义的函数.导出COMSOLMultiphysics仿真结果用于其他模拟软件的计算.COMSOLMultiphysics二次开发仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电池：

电池：

锂离子电池镍氢电池铅酸电池燃料电池：

燃料电池：

碱性燃料电池（AFC）磷酸燃料电池（PAFC）质子交换膜燃料电池（PEMFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）直接甲醇燃料电池（DMFC）金属电镀与冶金：

金属电镀与冶金：

金属电镀电解冶金电解：

电解：

氯碱电池铝酸盐电池生物电解水的电解气体扩散电极腐蚀：

腐蚀：

电极保护金属腐蚀电化学模块仿真应用仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation应用领域：

应用领域：

电化学模拟仿真内置方程/接口内置方程/接口一/二/三次电流分布电池接口与其它物理场的耦合与其它物理场的耦合流体流动，化学反应，电磁场，传热电池与燃料电池模块仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电能化学能电能化学能能量转化与守恒媒介：

离子电导体电化学界面反应电化学界面反应电极：

电子导体电解质：

离子导体界面电荷转移（法拉第定律）电子，e电子传导（电极）离子传导（电解质）电化学仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation一次电流分布一次电流分布欧姆定律、忽略活化超电势、忽略浓度变化的影响二次电流分布二次电流分布欧姆定律、活化超电势、忽略浓度变化的影响Butler-Volmer方程三次电流分布三次电流分布欧姆定律、活化超电势、浓度变化ButlerVolmer方程和Tafel方程、Nernst-Planck方程得到电流电势分布，离子的输运过程仅对电解质中的电流有贡献得到电流电势分布，各组分浓度分布（中性组分和带电组分的扩散、对流、电迁移）得到电流和电势分布，用于估计简化的电化学电池模型中的欧姆损失电流分布接口仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation材料属性：

材料属性：

电导率反应速率常数流体流动：

流体流动：

多相流多孔介质流动自由与多孔介质流动其它物理场：

其它物理场：

传热结构力学电磁场与其他物理场的耦合仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation传统的CFD流体流动层流、湍流多相流旋转机械流多孔介质流多物理场耦合流体流动与任意物理场耦合流热耦合流固耦合流电、流磁耦合CFD模块仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation各种专业的应用模式预置耦合应用模式流热耦合流固耦合其他应用多物理场耦合CFD模块中提供的各种模式仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真需求分析耦合电传热电化学反应流动传质电势分布电流密度分布焦耳热、反应放热吸热热量传递电极氧化还原反应流速分布离子迁移、扩散、对流复杂的多物理场耦合问题得到并合理展示所关心的参数指标仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics在科研中的应用仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation土豆发电土豆发电仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation橙子发电橙子发电仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation橙子发电橙子发电几何模型（锌和铜）电势分布不同时间锌浓度等值面几何模型（锌和铜）电势分布不同时间锌浓度等值面仿真智领创新Simulatin