COMSOL仿真——纹影

本文详细介绍了使用COMSOL Multiphysics软件进行平行光纹影系统仿真的过程,包括问题描述、基本理论、COMSOL求解步骤及结果显示。通过设置不同几何模型和材料属性,模拟了光线在不同折射率介质中的传播,展示了纹影方法在观察透明介质不均匀性中的应用。

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ONE—问题描述

图1.1 平行光纹影系统模型

对于经典的平行光纹影系统,空间默认折射率为1,;光源为单色光源(取波长为660nm的单色光为光源);聚光透镜为直径5cm,焦距5cm的凸透镜;准直透镜与纹影透镜均为直径10cm,焦距20cm的凸透镜;狭缝与滤光光阑均为直径为12cm,厚度为0.5cm,中心有一直径为0.4cm的圆形小孔的圆柱体;~分别为:10cm,10cm,20cm,2cm,6cm,2cm,20cm,20cm。

而扰动区我们内的扰动源我们用如下图的一个圆台代替,圆台中折射率为1.1。

图1.2 扰动源形状示意图

TWO——基本理论

纹影方法(schlieren method)是一种经典的光学显示技术,广泛应用于透明介质不均性的研究。例如用来观测气流的边界层、气体传热、气体流动以及风洞或水洞流场等。平行光纹影系统的原理是利用光在被测介质中的折射率正比于介质的密度的原理,通过滤光光阑滤去通过折射率改变部分的光线,从而在成像面上将扰动区折射率的变化进行可视化。

THREE——comsol求解过程

利用 COMSOL Multiphysics 的界面操作求解的具体过程如下:

3.1

设置求解环境

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### 关于 COMSOL Multiphysics 仿真 ME 相关资料或教程 #### 资料概述 COMSOL Multiphysics 是一个多物理场仿真平台,广泛应用于工程和科学研究领域。对于涉及多学科交叉的复杂问题,尤其是机械工程 (ME) 领域的应用,COMSOL 提供了丰富的功能模块和支持资源。 以下是关于 COMSOL Multiphysics 在 ME 中应用的相关资料和教程: 1. **官方文档与学习中心** COMSOL 官方提供了详尽的学习资源,包括入门指南、高级建模技术以及特定领域的应用实例。这些资源可以通过访问其官方网站获取[^1]。具体来说,“仿真 show | COMSOL Multiphysics 常用技巧”系列文章涵盖了从基础到进阶的操作方法,适合不同水平的用户学习。 2. **脚本与批处理操作** 对于需要自动化流程或者批量处理的任务,可以利用 COMSOL 的脚本功能。通过 MATLAB 或者内置的 LiveLink™ 技术,能够实现复杂的模型构建和求解过程控制[^2]。这种方法特别适用于大规模参数化研究或多工况对比分析场景下。 3. **实际案例解析** 文献中提到的一个典型例子展示了如何使用一组优化后的材料属性来进行精确匹配实验观测值的工作方式[^3]。这种做法不仅限于半导体器件设计,在其他诸如热传导、结构力学等领域同样适用。因此理解并掌握这类调整策略非常重要。 4. **第三方书籍推荐** - *《COMSOL Multiphysics 多物理场数值仿真实战》* —— 这本书深入浅出地介绍了软件基本概念及其在各个行业的具体实践情况; - *《有限元法原理及 Comsol 应用》*—— 主要聚焦理论背景知识讲解的同时也包含了大量实用性的练习题目; 5. **在线课程链接建议** 访问 Coursera, Udemy 平台查找由经验丰富的工程师录制的教学视频可能会更加直观易懂些 。另外 YouTube 上也有很多免费公开分享的内容可供参考查阅. --- ```matlab % 下面是一个简单的 Matlab 调用 Comsol API 实现自动化的示例代码片段 model = comsol('new'); % 创建新模型对象 mphload(model,'example.mph'); % 加载已有 mph 文件 paramValues = {0.1, 0.2}; % 设置变量列表 for i=1:length(paramValues) set(model,'/parameters/p1', paramValues{i}); % 修改指定参数p1 solve(model); % 执行求解器运算 end exportdata(model,'results.mat','type','all'); % 导出全部数据至 .mat 文件 close(model); ``` --- ###
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