快速模拟多层材料的传热

主要观点总结

本文主要介绍了在COMSOL Multiphysics软件中利用多层材料技术进行模拟传热的过程和关键点，包括多层材料技术的介绍、如何利用该技术进行传热仿真、该技术对仿真过程的帮助、以及多层材料技术在其他物理场接口的应用等。

关键观点总结

关键观点1: 多层材料技术的介绍和应用

多层材料技术可以在模型树的中心位置对多层壳属性进行分组，以在不同物理场接口中访问，从而提高仿真经验。该技术允许如任意数量、任何位置和任意方向的层，增加灵活性。在模拟多层壳中的传热时，可以指定层数、每一层的厚度和材料，还可以轻松访问高级参数。

关键观点2: 如何利用多层材料技术进行传热仿真

在COMSOL Multiphysics软件中，可以使用多层材料技术中的薄层、薄膜和裂隙节点，模拟由固体、流体和多孔材料（包含任意数量的层）组成的多层壳。应用在边界的特定的壳传热接口，允许通过其中的固体、流体和多孔介质节点进行相同的模拟。

关键观点3: 多层材料技术对仿真过程的帮助

多层材料技术可以使仿真工作更加灵活，可以在层的特定子集或层与层之间的界面上施加热源和热通量。此外，该技术还可以提高计算效率，通过使用热薄近似和热厚近似选项，可以在模拟多层壳传热时降低计算成本。

关键观点4: 多层材料技术在其他物理场接口的应用

其他物理场接口也可以使用多层材料技术。使用多物理场耦合节点可以模拟多物理场过程，例如热膨胀、电磁加热和多层材料中的热电效应。COMSOL案例库中的层压复合壳的热膨胀教程模型就是一个很好的示例。

正文

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包含多层壳定义在内的模型节点。

因此，您可以应用一个单物理场模型，模拟由不同数量和类型的层组成的多层壳的热传导。多层壳的特性在多层材料节点中定义。通过在模型树中将介质属性和物理模型的定义划分为两个不同部分，如下图所示：

模型树和固体节点的设置窗口。

软件中提供的几个多层材料节点：

• 单层材料
• 多层材料链接
• 多层材料堆叠
• 多层材料

阅读 使用复合材料模块分析风力发电机叶片 的文章，了解如何组合这些节点对风力发电机复合叶片进行建模。

上文我们对多层材料技术进行了介绍，接下来我们需要回答两个问题：

1. 如何利用该技术进行传热仿真？
2. 该技术对仿真过程有什么帮助？

在 COMSOL Multiphysics® 中使用多层材料技术 ‍ ‍

在传热接口中，可以使用多层材料技术中的薄层、薄膜和裂隙节点，模拟由固体、流体和多孔材料（包含任意数量的层）组成的多层壳。应用在边界的特定的壳传热接口，允许通过其中的固体、流体和多孔介质节点进行相同的模拟，附加的子节点用于描述层的热源以及层与层之间的热通量和连续性。这些我们将在后文介绍。

接下来，我们以上文几何结构中使用的壳传热接口为例，来阐述多层材料技术中一些可用的设置。

首先，壳传热接口包含壳属性部分，其中包含壳类型，多层壳和非多层壳选项。非多层壳选项可以转换为一个简化的机制，仅支持最简单的单层壳配置。该简化选项对最简单的物理场很有用，且当几何实体的数量很大时会产生一个复杂的用户界面。但本文重点介绍的多层壳选项不包含高级的预处理和后处理工具，也不具备可与多层壳联合使用的多物理场耦合功能。下文，我们假设默认选择多层壳选项。

在壳属性部分默认选择了多层壳选项。

因为多层壳属性是在材料节点中定义的，因此在壳传热节点中选择的边界要求是定义在其上的多层材料。位于壳传热接口的边界选择部分中的仅限于分层边界复选框会根据是否定义了多层材料来控制用户界面的显示。取消选择时（默认选项），可以选择任何边界。如果不包含材料（开始构建模型时的配置），或者在某些选定边界上定义了经典（非多层）材料，材料节点中出现的红叉表示需要添加其他信息。

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