Comsol经典实例008：热水杯静止散热

Comsol经典实例008：热水杯静止散热对流传热是物质之间传热的一种基本方式。热量传递过程是工程热物理学的重要研究内容。在工程上，对流传热是依靠流体质点的移动进行热量传递的。本例中仿真模拟了水杯中的流体对流传热过程，主要过程是热源项将热流传递给水杯壁面，然后再由水杯壁面传递给水杯内的水。Step01：打开comsol软件，单击“模型向导”选项创建模型，在模型的“选择空间维度”界面选择“二维轴对称”，在“选择物理场”界面分别选择“流体流动→单相流→层流（spf）”和“传热→流体传热（ht）”。对应变量设置完毕以后，单击“研究”按钮，在“选择研究”树中添加“一般研究”中的“瞬态”研究，单击“完成”按钮进入软件主界面，如图1所示。图1软件主界面Step02：本例针对二维轴对称杯子内的流体对流传热进行仿真，需要首先在全局参数中定义杯子的半径、高度、厚度等参数，如图2所示。Step03：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“变量”选项，在其中定义热源变量，如图3所示。图2设置杯子的参数图3定义热源变量Step04：右键单击“组件1（comp）”节点下的“定义”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“共享属性”，并在下一级子菜单中选项“环境属性”，添加一个“环境属性1（ampr1）”节点，如图4所示。图4设置“环境属性1（ampr1）”节点参数Step05：单击“几何1”节点，对几何体进行初始化定义，将几何体长度单位定义为“米（m）”，“默认修复容差”定义为“相对”，并将量级定义为10-6（10E6），如图5所示。图5几何体定义的设置方法Step06：绘制第一个多边形。在“几何”工具栏单击“多边形”选项进行第一个多边形绘制，以“矢量”方式进行绘制，半径（r）和高度（z）均使用全局参数进行定义，如图6所示。图6绘制第一个多边形Step07：绘制第二个多边形。同样以“矢量”方式进行绘制，绘制方法和绘制结果如图7所示。图7绘制第二个多边形Step08：在模型开发器窗口中，右键单击“全局定义”下的“材料”子节点，在弹出的下拉菜单中选择“从库中选择材料”选项，在右侧的“添加材料”栏中搜索“Silicaglass”，双击“Silicaglass”材料并将材料定义给杯壁区域（区域1），如图8所示。图8给杯壁区域（区域1）定义材料“Silicaglass”Step09：用同样的方法将材料“waterliquid”定义给杯中区域（区域2），如图9所示。图9给杯中区域（区域2）定义材料“waterliquid”Step10：调整“层流”的物理场属性。单击“层流（spf）”节点，定义到“域选择”栏，选定物理场作用域为轴对称备注的内部区域（区域2）；定位到“可压缩性”栏，在下拉菜单中选择“弱可压缩流动”，将流体定义为“弱可压缩流动”，如图10所示。图10层流物理场的属性Step11：完成“层流（spf）”节点下的“流体属性1”子节点参数设置，如图11所示。图11“层流（spf）”节点下的“流体属性1”参数设置Step12：完成“层流（spf）”节点下的“初始值1”子节点参数设置，如图12所示。图12“层流（spf）”节点下的“初始值1”参数设置Step13：完成“层流（spf）”节点下的“轴对称1”子节点参数设置，如图13所示。图13“层流（spf）”节点下的“轴对称1”参数设置Step14：完成“层流（spf）”节点下的“体积力1”子节点参数设置，如图14所示。图14“层流（spf）”节点下的“体积力1”参数设置Step15：完成“层流（spf）”节点下的“壁1”子节点参数设置，如图15所示。图15“层流（spf）”节点下的“壁1”参数设置Step16：右键单击“层流（spf）”，在弹出的下拉菜单中选择“壁”，添加“壁2”子节点，完成“层流（spf）”节点下的“壁2”子节点参数设置，如图16所示。图16“层流（spf）”节点下的“壁2”参数设置Step17：右键单击“层流（spf）”，在弹出的下拉菜单中选择“点”，在“点”的下拉菜单中选择“压力点约束”，添加“压力点约束1”子节点，完成“层流（spf）”节点下的“压力点约束1”子节点参数设置，如图17所示。图17“层流（spf）”节点下的“压力点约束1”参数设置Step18：完成“流体传热（ht）”节点下的“流体1”子节点参数设置，如图18所示。图18“流体传热（ht）”节点下的“流体1”参数设置Step19：完成“流体传热（ht）”节点下的“初始值1”子节点参数设置，如图19所示。图19“流体传热（ht）”节点下的“初始值1”参数设置Step20：完成“流体传热（ht）”节点下的“轴对称1”子节点参数设置，如图20所示。图20“流体传热（ht）”节点下的“轴对称1”参数设置Step21：右键单击“流体传热（ht）”，在弹出的下拉菜单中选择“温度”，添加“温度1”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“温度1”子节点参数设置，如图21所示。图21“流体传热（ht）”节点下的“温度1”参数设置Step22：完成“流体传热（ht）”节点下的“热绝缘1”子节点参数设置，如图22所示。图22“流体传热（ht）”节点下的“热绝缘1”参数设置Step23：右键单击“流体传热（ht）”，在弹出的下拉菜单中选择“固体”，添加“固体1”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“固体1”子节点参数设置，如图23所示。图23“流体传热（ht）”节点下的“固体1”参数设置Step24：右键单击“流体传热（ht）”，在弹出的下拉菜单中选择“热通量”，添加“热通量1”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“热通量1”子节点参数设置，如图24所示。图24“流体传热（ht）”节点下的“热通量1”参数设置Step24：右键单击“流体传热（ht）”，在弹出的下拉菜单中选择“热通量”，添加“热通量2”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“热通量2”子节点参数设置，如图25所示。Step25：右键单击“流体传热（ht）”，在弹出的下拉菜单中选择“热源”，添加“热源1”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“热源1”子节点参数设置，如图26所示。图25“流体传热（ht）”节点下的“热通量2”参数设置图26“流体传热（ht）”节点下的“热源1”参数设置Step27：右键单击“多物理场”，在弹出的下拉菜单中选择“非等温流动”，添加“非等温流动1（nitf1）”子节点，完成“流体传热（ht）”节点下的“非等温流动1（nitf1）”子节点参数设置，如图27所示。图27“多物理场”节点下的“非等温流动1（nitf1）”参数设置Step28：在模型开发器下面单击“网格1”节点，在“网格”设置窗口定位到“序列类型”栏，在下拉菜单中选择“物理场控制网格”；定位到“单元大小”栏，在下拉菜单中选择“细化”。单击“全部构建”选项，网格划