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Comsol永磁体

永磁体可长期保持磁性，可分天然磁石和人造钕铁硼等，广泛应用于电机、仪表等领域。

文丨电子F430

编辑丨小苏

审核丨赵佳乐

永磁体的磁性源于微观结构的有序排列。原子磁矩是基础，由电子自旋（主因）和轨道运动产生，未成对电子的原子（如铁、钴、镍）具有非零磁矩。在ferromagnetic材料中，量子力学的交换相互作用使原子磁矩自发平行排列，形成磁畴——磁化均匀的微小区域。未磁化时，磁畴方向随机，总磁矩为零。

磁化过程通过外磁场实现：先由畴壁移动使同向磁畴扩张，再随磁场增强让磁畴转向，最终达到饱和磁化。永磁体能保持磁性，因具有高矫顽力，可抵抗外场干扰，维持磁畴有序。温度超过居里点时，热运动破坏磁畴排列，磁性消失，体现了微观有序对宏观磁性的决定性作用。

1.物理建模

根据永磁体实际尺寸绘制的三维模型如下所示。

「设置永磁铁电导率、相对介电常数、和相对磁导率等参数」

为保证结果准确性，材料参数从相关论文资料及实验数据中获取。

2.物理场边界条件

磁场边界中的安培定律选择剩余磁通密度来模拟永磁体。

3.网格划分

在 Comsol中对永磁体建模时，网格划分需平衡计算精度与效率，核心围绕磁场梯度分布优化。永磁体本身及近场区域是网格细化重点：永磁体内部因磁化强度均匀，可采用较粗网格，但边角处需加密以捕捉边缘效应；其表面及周围空气域（磁场快速变化区）需设置边界层网格，通常划分 3-5 层，增长率控制在 1.2-1.5，避免磁场梯度计算失真。

若模型含铁磁材料等磁导率突变界面，需在界面两侧设置过渡网格，通过 “尺寸细化” 功能强制加密，最小单元尺寸建议为特征尺寸的 1/10-1/20。全局网格可采用自由四面体网格，配合 “物理场控制” 选项，让软件基于磁场方程自动调整疏密，最终通过网格收敛性测试（对比不同网格密度下的磁通密度结果）验证合理性。

4.结果展示

采用稳态求解器求解，得到的永磁体磁通密度和磁感线分布如下。

「磁通密度分布」

「磁场强度分布」

「磁感线分布」

来源：Comsol有限元模拟

Comsol热管器件电-热 -固多物理场耦合计算

热管器件是高效传热元件，利用工质相变传递热量，广泛用于散热等领域。文丨电子F430编辑丨小苏审核丨赵佳乐Comosl的电-热-固体力学耦合可实现多物理场协同分析，它将电场（如焦耳热产生）、热场（温度分布与传导）及固体力学（形变、应力应变）耦合，考虑场间相互作用：电场生热改变材料温度，热膨胀引发结构形变。通过统一数值模型，可模拟热管器件过热变形、电子元件热应力等场景，为设计优化提供多物理场耦合下的性能预测。「耦合方程」01.「热管」器件热管器件是一种基于相变传热原理的高效传热元件，由壳体、吸液芯及工质组成。热管壳体为密封腔体，材质多选用铜、铝或不锈钢，需满足耐压与热适配性要求；吸液芯为多孔结构，常见形式有丝网、烧结多孔体及沟槽等，其核心作用是：「通过毛细力驱动凝结液回流；工质需根据工作温度区间筛选，如常温段多采用水，低温段选用丙酮或液氮。」目前，热管器件已广泛应用于电子散热、能源工程及航空航天等领域，在高热流密度场景下的热管理中展现出不可替代的优势，其性能优化主要围绕工质匹配、吸液芯结构设计及界面热阻调控展开。02.「物理」建模根据热管实际尺寸绘制的三维模型如下所示。「设置热管电导率、相对介电常数、密度、导热系数、比热容、泊松比和杨氏模量」为保证结果准确性，材料参数从相关论文资料及实验数据中获取。03.「物理场」边界条件电流场边界条件。「热管一侧施加电势，一侧接地，其余边界设置电绝缘。」热场边界条件。「热管外部边界设置热通量对流换热，换热媒介为空气。」固体力学边界条件。「热管底部接触地面边界设置固定约束，其余边界设置自由。」多物理场耦合边界条件。「电流+传热=电磁热；固体力学+传热=热膨胀。」04.「网格」划分Comsol中对热管器件电-热-固体力学耦合模型划分网格时，需围绕固体结构（壳体、吸液芯、电极等）的多物理场特性优化。针对电极与壳体接触区，因存在电场集中与接触热阻，采用结构化网格，确保捕捉焦耳热生成与电流密度分布。吸液芯为固体，其结构需用四面体网格划分，单元尺寸匹配孔隙尺度，以精准传递热场与应力场。壳体主体采用四面体非结构化网格，通过网格渐变控制平衡计算量。重点保证界面处网格连续性：电极-壳体等区域过渡区采用共节点网格，扭曲率≤0.6，经独立性验证后，可满足电热-应力耦合分析的精度需求。05.「结果」展示采用频域-稳态求解器求解，得到的热管电势、电场、温度、位移场等分布如下。「电势分布」「电场分布」「温度场分布」「位移场分布」「应力场分布」来源：Comsol有限元模拟