COMSOL 全新發(fā)布5.6 版本并推出四個新模塊

業(yè)界領先的多物理場仿真、App 設計與部署的軟件解決方案提供商 COMSOL 公司發(fā)布了全新的 COMSOL Multiphysics^? 軟件 5.6 版本。新版本為多核和集群計算提供了計算速度更快且內(nèi)存需求更低的求解器、更加高效的 CAD 裝配處理功能、仿真 App 布局模板，以及一系列包括剪裁平面、材料渲染和部分透明視圖等圖像功能。四個新模塊進一步擴展了 COMSOL Multiphysics 軟件的建模功能，用戶可以更高效地處理燃料電池和電解槽、聚合物流動、控制系統(tǒng)和高精度流體問題。

使用“聚合物流動模塊”模擬狹縫式涂布過程。與其他流體分析類似，本案例也極大地受益于 COMSOL Multiphysics 5.6 版本的求解器性能改進。

運行速度更快、內(nèi)存需求更低的求解器

在5.6 新版本中，求解器的性能得到了極大的改進，對于具有數(shù)百萬自由度的大型模型來說，性能提升的效果尤其顯著?！霸?nbsp;5.6 版本中，我們改進了代數(shù)多重網(wǎng)格和域分解求解器技術，基本上所有使用到這些求解器的模型都會受益，性能提升可高達 30%；集群計算時，功能提升的效果更為明顯，運行時間和內(nèi)存需求普遍達到 20%-50% 的改進。對于 CFD 分析，我們改進了速度-壓力耦合預條件器，并添加了全新的預條件器來解耦這些變量的更新。受益于以上這些改進，瞬態(tài) CFD 模型的運行時間可降低近 50%?！盋OMSOL 開發(fā)團隊的求解器產(chǎn)品經(jīng)理 Jacob Ystrom 評論道。在新版本中，針對一些黏彈性結構問題的分析速度提升了 10 倍之多；基于新的邊界元法算法，用戶能夠處理汽車、聲吶等應用場景下更大規(guī)模的聲場分析。

采用的新邊界元算法 (BEM) 計算得到的潛艇目標強度結果。本案例計算了離潛艇 100 m 的水中，1.5 kHz 頻率的散射場聲壓級。

剪裁平面工具、幾何裝配處理功能提升和 App 布局模板

利用剪裁平面工具，用戶可以方便地選擇復雜 CAD 模型內(nèi)部的邊界和域。此外，新增圖形功能還包括部分透明的視圖效果，以及利用導入圖像對結果可視化的功能。金屬等材料的渲染可以與結果的可視化混合，并具有環(huán)境反射效果，提供更真實的場景。新版本中，大型幾何裝配體的處理功能得到了改進，幾何實體的處理更加穩(wěn)定，用戶更容易檢測出裝配件之間的間隙和重疊?！癆pp 開發(fā)器”中新增的 App 布局模板可以快速而直觀地幫助用戶創(chuàng)建布局合理的用戶界面。

COMSOL Multiphysics 5.6版本中的電機仿真案例，使用剪裁平面可以輕松訪問模型內(nèi)部結構，為模型設定材料和載荷。

分析燃料電池與電解槽、聚合物流動、控制系統(tǒng)和流體屬性的新產(chǎn)品

新增的四個新模塊進一步擴展了 COMSOL Multiphysics 的建模功能，用戶可以更加高效地模擬燃料電池和電解槽、聚合物流動、控制系統(tǒng)和流體混合物。

“燃料電池和電解槽模塊”為氫技術領域的工程師提供了研究電能轉換和存儲的新工具。COMSOL 公司電化學產(chǎn)品經(jīng)理 Henrik Ekstrom 說道：“我們了解到氫經(jīng)濟的發(fā)展?jié)摿?，以及理解和?yōu)化現(xiàn)有電解槽工藝的潛在需求。借助這一新產(chǎn)品，我們可以為汽車、可再生能源、氫技術和電化學加工行業(yè)的用戶提供最先進的建模仿真工具。”在5.6 版本中，之前的“電池與燃料電池模塊”保留原有功能，更名為“電池模塊”。當用戶升級軟件到5.6版本時，原“電池與燃料電池模塊”將自動更新為“電池模塊”。

“聚合物流動模塊”可以用來模擬和優(yōu)化聚合物、食品、制藥、化妝品、家居產(chǎn)品和精細化工行業(yè)中常常涉及到的黏彈性和非牛頓流體。除了提供先進的流變模型以外，該模塊還支持使用兩相流追蹤自由表面。

“氣液屬性模塊”用于計算氣體、液體和其混合物的屬性，為涉及到氣液混合物的聲學、流體和傳熱分析帶來更真實、準確的結果。

控制系統(tǒng)工程師可以使用 LiveLink? for Simulink^? 產(chǎn)品，在 COMSOL Multiphysics^? 與 Simulink^? 之間實現(xiàn)協(xié)同仿真。

使用“燃料電池和電解槽模塊”分析聚合物電解質(zhì)膜水電解槽，圖中顯示的是氣體的體積分數(shù)。

疊片鐵芯、寄生電感、快速端口掃描和射線散射

“AC/DC 模塊”隨附的材料庫已使用 Bomatec 提供的 322 種磁性材料進行擴展，包含多種類型的永磁體（例如 NdFeB、SmCo 和 AlNiCo），材料數(shù)據(jù)中提供與電磁場和溫度相關的材料屬性。新版本的“AC/DC 模塊”進一步提供了專門的工具來提取通過 L 矩陣計算的寄生電感，這對于印刷電路板設計來說至關重要；此外，5.6新版本還提供了新的非線性材料模型，用于模擬電機和變壓器中的疊片鐵芯損耗。

“RF 模塊”和“波動光學模塊”提供了一個用于端口掃描的新選項，針對全 S 參數(shù)、透射和反射系數(shù)矩陣提供更快的計算速度。對于超材料或等離子基元中的周期性結構，新版本為透射和反射波的計算和可視化提供了更便捷的極化圖工具。新版本中，“射線光學模塊”對射線追蹤的計算速度更快，還提供了專用工具，用于分析表面粗糙度引起的表面散射，以及體積域內(nèi)由粒子引起的瑞利散射和米氏散射。

在毫米波 5G 頻段工作的級聯(lián)腔濾波器的熱-力耦合案例，圖中展示了部分透明的新視圖功能。

瞬態(tài)接觸、磨損和裂紋建模

新版本為“結構力學模塊”和“MEMS 模塊”的用戶提供了機械接觸功能，可以用于模擬結構分析中的瞬態(tài)沖擊問題。“結構力學模塊”還為接觸分析提供了新工具，來分析涉及動態(tài)材料去除的機械磨損問題；新增的裂紋建模工具可以計算 J 積分和應力強度因子，并基于相場法模擬裂紋擴展。用戶還可以在實體內(nèi)部嵌入低維度單元，模擬類似于錨、鋼筋和金屬絲網(wǎng)的加強件。

“復合材料模塊”中用于分析多孔彈性效應的功能得到了擴展，可用于分析類似于層狀土壤、紙板、纖維增強塑料、層合板和夾層板等應用場景中的復合殼結構。

“MEMS 模塊”中，非線性多物理場材料模型中新增了鐵電彈性模型，可用于模擬壓電材料中如磁滯、極化飽和等非線性效應，此功能也可以通過將“AC/DC 模塊”與“結構力學模塊”或“聲學模塊”的耦合來實現(xiàn)。

高爾夫鐵桿擊打高爾夫球時的瞬態(tài)接觸仿真。

非線性聲學、機械端口和室內(nèi)聲學分析

新版本中，“聲學模塊”的用戶可以分析移動設備揚聲器中由熱黏性效應引起的失真問題，以及高強度超聲。針對超聲傳感和無損檢測中的超聲彈性波傳播問題，“結構力學模塊”、“聲學模塊”，以及“MEMS 模塊”中新增的機械端口工具，大大簡化了振動路徑和機械反饋分析的操作。射線聲學新增了室內(nèi)聲學指標，包括混響時間、清晰度和明晰度，聲學工程師可以利用這些指標來改善房間和音樂廳的音質(zhì)設計。

聲速和熱擾動的模擬結果顯示了壓力波與柵極結構相互作用而引起的渦脫落。這種類型的非線性熱黏性聲學效應在高保真移動設備揚聲器的分析中具有重要意義。

非等溫多相流、淺水方程和表面熱輻射屬性

“CFD 模塊”和“傳熱模塊”新增了模擬分離型和分散型混合多相流的強大工具，用戶可以輕松同時考慮自由表面和分散型多相流，例如，研究數(shù)百萬個沖破自由液面的小氣泡等場景。新增的多相流非等溫混合物模型接口可用于研究沸騰等相變現(xiàn)象?！岸嗫捉橘|(zhì)流模塊”和“傳熱模塊”中新增的多孔介質(zhì)傳遞接口將水蒸氣的擴散和對流與液態(tài)水的對流與毛細流動相耦合，可用于處理濕度的兩相傳遞問題?！傲Ｗ幼粉櫮K”新增了模擬液滴蒸發(fā)的新功能，這對于理解傳染病的傳播和一系列工業(yè)過程非常重要。

水文研究領域的用戶將受益于“CFD 模塊”中新增的淺水方程模擬功能。淺水方程經(jīng)常在海洋學和大氣應用中用來預測海嘯沖擊的影響、受污染、海岸侵蝕和極地冰蓋融化等。

“傳熱模塊”中“表面對表面輻射”新增了與輻射入射方向相關的表面屬性設置，可用于更精確的模擬類似于太陽能板被動冷卻等應用中，表面對熱輻射方向敏感的問題。新的半透明表面功能可以指定外部輻射強度，可用于將玻璃表面設置為參與介質(zhì)輻射區(qū)域的外部邊界，并能夠考慮表面擴散或鏡面透射后的入射強度。

腐蝕材料庫和自動反應配平

新版本中的“腐蝕模塊”新增的材料庫包括了 270 多種材料的極化曲線?！盎瘜W反應工程模塊”新增了用于計算化學計量系數(shù)的自動反應配平工具，以及三個預定義的用于干空氣、濕空氣和水汽混合物的熱力學系統(tǒng)?！盎瘜W反應工程模塊”中新增的反應顆粒床接口可通過定義催化劑顆粒內(nèi)部非常小的孔隙的微觀尺度和顆粒之間較大孔隙的宏觀尺度（雙峰孔隙結構），對固定床反應器進行多尺度建模。

兼容性

以下操作系統(tǒng)支持 COMSOL Multiphysics、COMSOL Server 和 COMSOL Compiler 軟件產(chǎn)品：Windows?、Linux? 和 macOS。Windows? 操作系統(tǒng)支持“App 開發(fā)器”工具。