مدل‌سازی انتقال حرارت لایه‌های نازک با کامسول

آموزش کامسول مدل‌سازی انتقال حرارت لایه‌های نازک با کامسول

مدل‌سازی انتقال حرارت لایه‌های نازک با کامسول مدل سازی انتقال حرارت در لایه های نازک شامل عملکردی است که خواص حرارتی خاصی را در لایه‌های نازک یک هندسه به حساب می‌آورد و برای انتقال حرارت از طریق لایه‌ها بدون نمایش صریح آن‌ها در هندسه حل می‌کند. جریان های الکتریکی و تنش مکانیکی را می توان در لایه ها برای زمینه های مختلف کاربرد، مانند قطعات الکترونیکی و پوسته های کامپوزیت چند لایه در معرض تنش حرارتی تعریف کرد.

تصویر زیر توزیع دما در یک ستون فولادی را نشان می دهد که در معرض گرادیان دما قرار دارد. یک قسمت سرامیکی نازک ساخته شده از دو لایه مختلف که در نیمی از ارتفاع ستون قرار دارد، به دلیل رسانایی حرارتی کم خود به عنوان یک مانع حرارتی عمل می کند و باعث ایجاد جهش دما در سراسر قسمت سرامیکی می شود. لایه سرامیکی به‌عنوان یک سطح در هندسه نشان داده می‌شود تا دو حجم نازک برای کاهش محدودیت در اندازه مش که با نسبت تصویر بالا بین بخش‌های مختلف هندسه همراه است. این نسبت تصویر بالا تجسم در این قسمت را بسیار دشوار می کند. اگرچه قسمت سرامیکی به طور صریح در هندسه نشان داده نشده است، می‌توانید توزیع دما را از طریق لایه حل کنید و آن را برای پس پردازش بهتر بزرگ‌نمایی کنید، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

توزیع دما در یک ستون فولادی با یک لایه سرامیکی، محاسبه شده با رابط انتقال حرارت در جامدات و گره لایه نازک. ضخامت لایه سرامیکی برای تجسم 20 بار بزرگ شده است.
فناوری لایه لایه برای بهبود تجربه مدلسازی شما از دو طریق طراحی شده است:

گروه‌بندی ویژگی‌های پوسته لایه‌ای در یک مکان مرکزی در درخت مدل برای دسترسی به آنها توسط رابط‌های فیزیکی مختلف درگیر. این به معنای روشن کردن تعریف مدل با جدا کردن تعریف رسانه از تعریف فیزیک و همچنین کاهش کار مدل‌سازی است، زیرا ویژگی‌های محیط یک بار برای همه فیزیک تنظیم می‌شوند.
افزایش انعطاف پذیری با اجازه دادن، به عنوان مثال، هر تعداد لایه یا موقعیت ها و جهت گیری های مختلف برای لایه ها.
بیایید به طراحی ویژگی‌های محاسبه انتقال حرارت در پوسته‌های لایه‌ای و در عین حال بهره‌مندی از فناوری لایه لایه نگاه کنیم. یک هندسه نمونه شامل دو پوسته لایه ای را در نظر می گیریم:

آموزش comsol قطعات الکترونیکی و پوسته های کامپوزیت

اولین پوسته لایه ای، که در مرز 1 تعریف شده است، از سه لایه ساخته شده از مواد 1 (بالا و پایین) و ماده 2 (وسط) تشکیل شده است.
پوسته لایه لایه دوم، که در مرز 2 تعریف شده است، از یک لایه تشکیل شده از ماده 3 تشکیل شده است.
هنگام مدل سازی انتقال حرارت در این هندسه، می خواهیم تعداد لایه ها و همچنین ضخامت و جنس هر لایه را مشخص کنیم. علاوه بر این ویژگی‌ها، دسترسی به پارامترهای پیشرفته، مانند تعداد عناصر مش با ضخامت، جهت و موقعیت مواد لایه‌ای روی مرز، و ویژگی‌های ماده خاص در سطح مشترک لایه‌ها، ممکن است مفید باشد.

تمام خواص پوسته های لایه ای، به جز مواد، توسط یک گره لایه لایه تعریف می شوند. این شامل ترکیب پوسته لایه ای، همراه با هندسه و خواص گسسته سازی هر لایه است. گره فیزیک (لایه نازک برای این مثال) به سادگی به گره لایه لایه (قسمت وسط شکل زیر) اشاره می کند. سپس، گره لایه لایه به گره های ماده برای تعریف ویژگی های مواد اشاره می کند (قسمت پایین شکل زیر).
گره های لایه نازک، لایه نازک و شکستگی را می توان بر روی مرزها برای مدل سازی پوسته های لایه ای ساخته شده از مواد جامد، سیال و متخلخل (با هر تعداد لایه) با استفاده از فناوری مواد لایه ای استفاده کرد. رابط اختصاصی انتقال حرارت در پوسته‌ها، قابل اعمال بر روی مرزها، امکان مدل‌سازی یکسان را از طریق گره‌های جامد، سیال و متخلخل خود فراهم می‌کند و زیرگره‌های اضافی را برای در نظر گرفتن منابع گرمای لایه و شارها و تداوم بین لایه‌ها، همانطور که در ادامه این پست توضیح داده شد، فراهم می‌کند. (جزئیات مربوط به این ویژگی ها را می توانید در کتابچه راهنمای کاربر انتقال حرارت در قسمت آموزش نرم افزار comsol بیابید.)

اکنون، اجازه دهید برخی از تنظیمات موجود با فناوری لایه لایه را به منظور آموزش نرم افزار کامسول روشن کنیم. برای این کار رابط Heat Transfer in Shells را در نظر می گیریم که در هندسه مثال ذکر شده در بخش قبل اعمال می شود.

ابتدا، رابط Heat Transfer in Shells شامل یک بخش Shell Properties است که در آن می توان نوع پوسته، پوسته لایه ای یا پوسته بدون لایه را انتخاب کرد. گزینه Nonlayered shell به یک ماشین ساده سوئیچ می‌کند که فقط از ساده‌ترین پیکربندی‌های پوسته تک لایه پشتیبانی می‌کند. این گزینه سبک وزن برای ساده ترین فیزیک مورد توجه است و زمانی که تعداد موجودات هندسی بسیار زیاد است، منجر به UI مسئولیت پذیرتر می شود. با این حال، ابزارهای پیشرفته پیش و پس پردازش و یا قابلیت های جفت چندفیزیکی موجود با گزینه لایه لایه ای که این پست روی آن تمرکز دارد را ارائه نمی دهد. میتوانید جهت مشاهده مواد کامپوزیت در کامسول comsol اقدام کنید