如何在COMSOL中实现热-流-固多物理场耦合仿真-附详细教程
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导读：上一篇文章《热流固磁仿真让你 “看见” 物理过程-揭秘COMSOL快速入门内容体系》围绕 COMSOL 热流固磁仿真体系展开，旨在揭秘其快速入门内容，阐述其在工程研发中的价值与应用，本文通过一个案例，让你了解COMSOL 这款多物理场仿真软件是如何在一个界面同时完成热-流-固三场耦合的。 你是否遇到以下情形： 1、几何建模在SCDM或者DM中绘制 2、网格划分在Meshing、SCIM或者FLuent Meshing中划分 3、流体力学仿真选择FLuent模块、静力学选择Mechanical、电磁仿真选择Maxwell... 4、后处理在CFD-Post、Insight 参数需要修改，则一发而动全身，最终发现直接死机了！！！ 你是否在想，有没有一个软件能够把几何建模-网格划分-求解器设置-后处理一站式解决的？答案在这里—COMSOL，如下几何建模、网格划分、物理场设置、耦合设置及后处理均在一个界面完成。 如下图，空气通道中的双金属片受热弯曲。一段时间后，在通道中引入一股入口温度随时间变化的气流。结果，在流体压力和对流冷却双重作用下，双金属片的变形发生了变化。现在对此场景进行热流固三场耦合分析。 变形前 变形后 双金属片几何结构包含两个由铜（下部）和铁（上部）材料制成的10 mm x 0.5 cm的金属片，放置在 70 cm x 10 cm 的空气通道内。 金属片左端固定，结构中存在均匀分布的50 W 热源。当金属片受热时，由于热膨胀系数的差异，铜比铁的膨胀程度更大，从而使金属片向上弯曲。 在空气通道入口，速度及温度随时间发生变化。一共有三个阶段： 1）最初没有流体流动。 2）3000 秒后，入口速度平稳上升到 0.2 m/s，入口温度最初为室温 (293.15 K)。 3）5000秒后，温度升至593.15 K。 模型中一共存在三种材料，即空气、铁和铜，可直接从COMSOL内置的材料库中添加至材料列表，如下图 内置材料库 材料添加列表 主体采用自由三角形网格，壁面及热源（铜和铁）处增加边界层，如下图： 总体网格划分 局部放大图 该模型涉及热流固三个物理场，如果你是使用Ansys进行仿真，那需要使用FLuent及Mechanical两个软件才能进行仿真，而COMSOL是直接从物理场库中直接调用出来的，看下图：从物理场库中直接从流体流动、传热、结构力学及变形网格中直接选取合适的模型即可加入至模型控制器中。 而各个物理场的耦合接口会进入到多物理场设置下面，如下图： 流-固相互作用会形成流固耦合接口，热流相互作用会形成非等温流接口，热固耦合会形成热膨胀接口。而耦合类型（单向/双向）还可根据实际情况进行选择，如下图的流固耦合类型选择。 后处理在结果模块可以显示，如下图，可以显示速度、压力、温度应力等云图还可导出动画。 下面展示t=7000s时的变形后的云图如下 1）速度云图 2）压力云图 3）应力云图 4）温度云图 5）温度及流程矢量云图 6）网格变化云图 很多人觉得 “仿真体系难学”，但实际上，COMSOL 热流固磁体系的核心逻辑，就是 “将现实中的物理规律转化为电脑能计算的数学模型”—— 从单场的基础规律，到多场的耦合关系，再到工具的实际应用，每一步都对应着工程问题的解决需求。 掌握这套体系，不仅是学会用一款软件，更是建立 “提前预判、精准优化” 的工程思维：在产品制造前，就能找到最优设计方案；在问题出现前，就能排查潜在隐患。这也是为什么，热流固磁仿真体系，正在成为现代工程研发的 “核心竞争力”。 作为一名使用COMSOL热流固磁仿真10年以上的应用的工程师，我决心，在仿真秀独家发布COMSOL热流固磁仿真体系课程。在仿真秀官网完成了COMSOL建模和网格划分和几何清理三个专题后，《COMSOL仿真快速入门基础课程19讲》是我在仿真秀独家原创首发的又一套视频教程。我将从COMSOL软件最基础的功能、界面布局、几何建模、网格划分、求解器及后处理整个仿真流程，手把手带学习者快速上手！请识别下方二维码试看。 本课程围绕 COMSOL 软件快速入门与核心技能掌握展开，共 19 讲、总时长 3 小时 23 分 43 秒，内容从基础认知到实战应用层层递进，具体可分为五大核心模块： 第一模块为 “软件介绍”（第 1-4 讲），聚焦 COMSOL 的基础认知与宏观框架，包括课程自身基础进阶及高级课程体系的讲解、COMSOL 软件功能特点与发展历程梳理、COMSOL 与 ANSYS 两款软件的对比分析，同时详细拆解 COMSOL 完整的仿真步骤，帮助学习者建立对软件的整体认知，明确其定位与使用逻辑。 第二模块是 “软件界面”（第 5-9 讲），侧重软件操作的基础入门，先介绍界面章节的课程整体安排，再具体讲解文件创建与打开的操作方法，随后逐一解析软件界面各功能区域的作用（如菜单栏、工具栏、模型树等），并指导首选项设置（适配个人使用习惯）与模型显示相关操作，扫清学习者在界面操作上的盲区，为后续实操打下基础。 第三模块为 “几何建模”（第 10-14 讲），覆盖二维与三维建模核心能力培养，分别从 “标准几何体” 和 “草绘功能” 两种核心方式入手，讲解二维几何模型的创建方法，同时介绍阵列功能的应用；三维几何建模部分同理，依次讲解通过草绘功能、标准几何体创建三维模型的操作技巧，满足不同场景下的几何建模需求，帮助学习者掌握软件核心的建模工具。 第四模块是 “网格划分”（第 15-16 讲），针对仿真计算的关键环节展开，分别专项讲解二维网格划分、三维网格划分的具体方法，包括网格类型选择、参数设置、质量控制等要点，确保学习者能掌握科学合理的网格划分技巧，为后续仿真计算的准确性提供保障。 第五模块为 “求解器设置及后处理”（第 17-19 讲），以实战案例驱动技能落地，通过 “二维圆柱绕流”“3D 弯管流动” 两个专项案例，讲解求解器的参数设置逻辑与操作方法，同时教授后处理工具的使用（如云图显示、动画制作）；最后通过 “多物理场仿真案例”，整合前序所学知识，展示多物理场耦合仿真的完整流程，帮助学习者将理论转化为实操能力，实现从 “会操作” 到 “能应用” 的过渡。
一、场景说明
二、材料设置
三、网格划分
四、物理场（求解器）设置—绝对的重点
五、 后处理
六、COMSOL多物理仿真基础入门教程来了
COMSOL作为仿真的后起之秀，其在多物理场耦合及界面舒适性方面远超其他仿真软件，这也是为什么COMSOL越来越受欢迎的原因，本人先前使用过五年的ANSYS经验，当使用了COMSOL后果断放弃了ANSYS，尤其是后面从事到基础研究方面，COMSOL成了无可替代的工具，本人长期从事热流固磁四方面的基础研究，现本人也将自己学COMSOL的经验最终汇总，形成了下面一套完整的课程，后续会慢慢更新，在此过程，也希望大家时刻跟上我的脚步。 
来源：仿真秀App
