淺談COMSOL中的“參考溫度”

作者：極度喜歡上課

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? ? ? ? 在剛開始學習COMSOL的過程中很多同學可能會對COMSOL中的“參考溫度”產(chǎn)生疑惑，不清楚這個“參考溫度”所起到的作用。（大家都需要經(jīng)過小白這個階段，一開始本人也是妥妥萌新一枚，為了幫助大家快速成長，那今天我們就來聊聊它。）本文就以本人所熟悉的層流（spf）物理場接口為例子，簡要介紹一下這個“參考溫度”在該物理場接口中的作用，希望能給大家一定的啟發(fā)，能夠舉一反三也能弄懂“參考溫度”在其他物理場中所起到的作用。

? ? ? ? 首先我們得找找層流（spf）中的“參考溫度”在哪里，如圖1所示在層流（spf）的設(shè)置窗口中會有一個參考溫度Tref，默認是293.15K，也就是20攝氏度。（這里科普大家一個小知識，COMSOL里面的攝氏度對應(yīng)的單位是degC，也就是293.15[K]=20[degC]。）

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? ? ? ? 為了形象生動說明層流（spf）中“參考溫度”的作用，這里分別取“參考溫度”為293.15[K]和353.15[K]來計算同一個簡單的模型。（交代一下這個簡單模型的要素，計算域為一個20×1mm的矩形，采用COMSOL的內(nèi)置材料Water，liquid作為流體材料，左端為速度入口0.01m/s，右端為靜壓力0出口，網(wǎng)格為物理場控制的常規(guī)網(wǎng)格劃分，采用穩(wěn)態(tài)求解器計算。）如圖2所示分別是算出來的兩組“參考溫度”下的速度和壓力結(jié)果。從圖中我們可以看到兩組結(jié)果有差別，速度最大值的差異在0.03%左右，壓力最大值的差異在2.2%左右，但是差異都屬于可忽略的范疇。（如果一直看著本人拙文的同學，可以先記住這個差異的比例，后期的文章可能會用到這組數(shù)據(jù)。）那這么看來“參考溫度”對層流（spf）仿真的結(jié)果是有影響的，但影響確實不大。

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? ? ? ? 現(xiàn)在本人在上述簡單模型的基礎(chǔ)上更改一下，流體材料用到自定義的水，密度為998.2kg/m3動力粘度為0.001，其余條件和上述簡單模型保持一致。（看到這里大家是不是已經(jīng)隱隱約約猜到這個“參考溫度”的作用了？）如圖3所示，對應(yīng)兩組“參考溫度”下的速度和壓力結(jié)果，可以看到?jīng)]有一丁點差別了。（看到這里那種“隱隱約約”的感覺是不是更強烈了，這里建議同學先自己思考一下，嘗試找到原因所在，順便點個贊和投個幣，下文繼續(xù)為同學揭曉答案。）

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? ? ? ? 這里稍微進行一下復(fù)盤，上文分別對同一個簡單模型進行了四次仿真，前兩次與后兩次唯一的差別就是“前兩次使用了內(nèi)置材料，后兩次使用了自定義材料”，從結(jié)果上看使用了內(nèi)置材料的模型會受到“參考溫度”的影響，但影響不大，使用自己定義材料的模型一點都不會受到“參考溫度”的影響。造成這種情況的原因是：COMSOL內(nèi)置材料Water.liquid的密度和動力粘度參數(shù)是和溫度相關(guān)的，如圖4所示為COMSOL內(nèi)置材料Water.liquid中密度與溫度的關(guān)系，（動力粘度與溫度的關(guān)系同學也可以自行在COMSOL軟件中查閱。）這個“參考溫度”的意義就是告訴層流（spf）物理場接口應(yīng)該調(diào)用該“參考溫度”下的材料參數(shù)，如果是自定義的材料，其密度和動力粘度一般是定值，因此“參考溫度”就不會發(fā)揮任何作用。

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? ? ? ? 這里我依然以密度為例（動力粘度同理），如圖5所示為前兩次仿真（采用的是COMSOL內(nèi)置材料Water.liquid）所對應(yīng)的兩組“參考溫度”下的密度的值。（看到圖5的對比同學們是不是恍然大悟了?。?/p>

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? ? ? ? 總結(jié)一下本文要點，一句話就是“當使用的材料的物性參數(shù)和溫度是有關(guān)系的時候，“參考溫度”的作用就是調(diào)用該溫度下的物性參數(shù)?！保ㄟ@句話的結(jié)論是只適用單獨使用層流（spf）物理場接口時成立，如遇其他情況同學需要進行拓展不能生搬硬套，但是大體思路應(yīng)該都是一致的。）

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