还在套 COMSOL 自带模型？这篇 SCI 复现文教你自定义相变方程！

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在使用 COMSOL 进行相变相关仿真时，你是否常陷入这些困境：只会套用软件自带相变模型，面对科研需求时无法灵活调整方程；不清楚焓法与等效热容法的本质区别，参数设置全靠盲目尝试；热流耦合时边界条件与体积力施加混乱，仿真结果难以收敛；相变界面捕捉不准确，液相率计算与论文标准偏差大？

这些痛点让很多工程师和理工科学子在科研进阶、论文复现路上频频碰壁，亟需一套能直击本质、兼顾理论与实操的系统课程！为了让大家对相变方程深刻理解，本文通过复现 SCI论文《Numerical study of melting inside concentric and eccentric horizontal annulus 》来自定义相变模型，让大家在学习过程中能够具备自己随意定义方程的能力，也是为后面学习PDE自定义方程打下基础。与此同时，我也在仿真秀官网录制相关视频教程《论文复现COMSOL自定义相变模型》直击相变仿真核心-手把手教自定义相变方程。详情见后文：

01    

工况描述    

仿真案例场景如下：如下为采用一半进行仿真，内圈为329.15 ℃，外圈为绝热边界条件，中间灰色部分为PCM相变材料，初始温度低于熔点温度1℃。

右图为经过1、5、10、15、20min后的相变云图，从相变结果可以看出，15min之前，自然对流占据了主导，15min后以热传导为主。

 

02    

仿真过程讲解    

下面分享本次仿真的详细操作步骤

 

 

 

第一步：分析物理现象为非稳态热固体相变传热，此过程包含了自然对流，因此选择固体/流体传热模块+层流模块，研究选择瞬态，同时需要进行热流耦合。

第二步：考虑到模型具备对称性，因此可以至对一半进行仿真可以缩短仿真时间，设定内外圈半径分别为20、10mm,并做差集，几何建模如下：

第三步：网格划分，因模型具备映射条件，可采用映射方法进行网格划分，同时为了初始界面捕捉更加准确，才内部边界施加边界层，网格结果如下：

第四步：相变模型设置：

本次对COMSOL自带的线性变化体积分数函数进行自定义函数如下，这样可以为后续的材料分布提供基础。

 

第五步：流体传热模块设置

需对流体传热模块中的速度进行耦合，此处速度场必须选择层流模块的速度场，将层流所计算的速度耦合至能量方程，同时不要忘记对流体的材料属性进行添加。

 

此处需对内壁的温度大小进行设定，相当于第一类边界条件。

 

第六步：层流设置

层流需要添加达西力以表征固体对流体的阻力，添加热浮力以表征自然对流。

 

第七步：添加研究

设定时间步长及计算时间，此处分别为1min、25min,可以永华自定义容差，缩短计算时间。

 

第八步：结果展示

创建二维绘图组，输入自定义相变函数Beta(T),即可展示相变云图。

 

创建全局计算，选择自定义的液相率即可显示液相率

 

03    

COMSOL自定义相变模型教程    

以上文章就是SCI 论文《Numerical study of melting inside concentric and eccentric horizontal annulus》的自定义相变模型仿真指南，恰好精准回应了用户的需求。文档从物理场选择、几何建模、网格划分，到相变函数自定义、热流耦合设置、研究参数调试，再到结果后处理与液相率分析，完整呈现了从 0 到 1 复现论文仿真的全流程。

如果你想突破 “只会用自带模型” 的局限，真正掌握自定义相变方程的能力，强烈推荐我的视频课程《基于 COMSOL 自定义相变模型》。这门课程不仅完全复现了上述论文的仿真方法，更从理论根源出发，详解焓法与热容法的差异、布辛涅斯克近似的意义、多孔介质的本质等核心知识点。课程包含 14 讲完整内容，从相变理论、控制方程，到几何建模、网格划分、收敛调试、后处理全流程覆盖，还提供源文件与参考资料，让你既能搞定实操，又能吃透原理 。

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  《基于 COMSOL 自定义相变模型》

 

扫码试视频教程

 

以下是课程安排  

第1讲：【论文复现】自定义相变模型案例介绍

第2讲：【论文复现】自定义相变模型相变材料的作用

第3讲：【论文复现】自定义相变模型 - N-S 方程组及能量方程讲解（焓法和热容法的关系）

第4讲：【论文复现】自定义相变模型 - 相变理论及相变捕捉方程

第5讲：【论文复现】自定义相变模型 - 几何建模及网格划分

第6讲：【论文复现】自定义相变模型 - 控制方程的调用

第7讲：【论文复现】自定义相变模型 - 如何自定义相变函数

第8讲：【论文复现】自定义相变模型 - 如何自定义相变模型（重点核心）

第9讲：【论文复现】自定义相变模型 - 材料赋予及热流耦合本质讲解

第10讲：【论文复现】自定义相变模型 - 标准 N-S 方程的适用范围及多孔介质域源项添加

第11讲：【论文复现】自定义相变模型 - 热浮力的本质讲解

第12讲：【论文复现】自定义相变模型 - 能量方程定义及边界条件添加

第13讲：【论文复现】自定义相变模型 - 研究设置、一些无法收敛调试的方法及后处理

第14讲：【论文复现】自定义相变模型 - 后处理如何定义液相率

无论你是需要论文复现的高校硕博、追求技术进阶的工程师，还是有热流理论基础但缺乏自定义模型经验的学习者，这门课程都能帮你打通 “理论 - 实操” 的壁垒，真正具备灵活定义相变模型的能力，让 COMSOL 成为你科研与工作中的得力工具！

来源：仿真秀App