COMSOL Multiphysics^® 6.1 リリースハイライト

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伝熱モジュールアップデート

伝熱モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン 6.1 では, 宇宙船の熱解析用の新しいモデリングツール, 共有サーフェスまたは対向サーフェス間の連続条件を定義するためのマルチフィジックスカップリング, および表面-表面間輻射モデルを定義するための新しいツールが導入されています. 以下の伝熱モジュールのアップデートの詳細をお読みください.

宇宙船熱解析

新しい軌道熱負荷インターフェースは, 宇宙船の輻射負荷, 特に地球の周りを周回する衛星の太陽と地球からの輻射をモデル化するための既製の機能を提供します. この機能を使用して, 宇宙船の輻射特性, 軌道と方向, 軌道操作, および惑星の特性を含めることができます. フィジックスインターフェースは, 直接太陽放射, アルベド, 惑星赤外線フラックス, および異なる宇宙船部品間の輻射熱伝達を示す結果も計算して生成します. このインターフェースを伝熱インターフェースと組み合わせると, 宇宙船の固体部分の熱伝導を考慮することができます. この機能は, 次の新しいモデルで表示できます:

An orbit of a satellite around an Earth model showing the magnitude of the incident solar radiation.

地球の周りの衛星の軌道. トラックの色は, 衛星が食しているかどうかを示します. 宇宙船の表面の色は, 入射する太陽放射の大きさを表しています. (地球の画像: Visible Earth and NASA より)

シェルおよびドメイン間の熱連結

新しい熱連結マルチフィジックスカップリングは, 2つの温度場間の連続条件を定義するように設計されており, それぞれドメイン伝熱インターフェースとシェル内伝熱インターフェースによって計算されます. 条件は, 2つの界面が共有する境界, または向かい合う2つの境界に設定できます. 連結は, エッジ, ドメイン界面と共有される境界, またはドメイン界面から別の境界に面している境界を介して接触しているシェルに使用できます. このマルチフィジックスカップリングにより, モデル内でドメインとシェルのインターフェースを組み合わせて使用することが大幅に簡素化されます. この機能は, 既存の Disk-Stack Heat Sink と次の新しいチュートリアルモデルで確認できます:

A circuit board model with a disk-stack heat sink in the Heat Camera color table.

回路基板 (ドメイン) およびディスクスタックヒートシンク (シェル) 内の温度場と, 熱連結機能によって設定された連続条件.

表面-表面輻射モデルの検証ツール

表面-表面への輻射モデルの定義を支援するために使用できる新しいツールがあります. モデルの設定中に, 放射された放射線の方向がグラフィックスウィンドウに表示され, 不透明度制御オプションとグレーのサーフェスモデルのシンボルが表示されます. 予期しない構成の場合は, 警告記号が表示されます. さらに, 形態係数の評価中に, 一貫性のないトポロジを検出するためのオプションの検証を利用できます. これらのツールは, 特に大規模で複雑な形状構成の場合に, モデルの誤った定義のリスクを大幅に軽減します. 新しいモデル Topology Verification for Surface-to-Surface Radiation と次の既存のモデルでこれらの更新を表示します:

A purple 3D model with red arrows representing the emitted radiation direction.

放出された放射線の方向を表す矢印を使用してジオメトリをモデル化します. 感嘆符 (正面, 中央) は, 放射方向が定義されていない境界を示します.

表面-表面輻射機能の改善

形態係数の評価に粗い解像度が使用されている場合でも, 小さな表面が検出されるように, レイシューティング法が改善されました. 解像度の適応と組み合わせると, 最適な光線数で形態係数の精度が向上します. さらに, すべての形態係数計算方法について, 変数と方程式を定義するために使用される式が前処理されるようになったため, 読みやすくなり, 組み立てステップでの評価がはるかに高速になりました. 次のモデルは, これらの新しい改善点を示しています:

A beach model with a parasol and two coolers.

このモデルは, 2つの発泡スチロール製クーラーに飲料缶が入っているビーチでの太陽熱流束を示しています. パラソルはクーラーの1つに日陰を提供し, 飲料缶の温度は経時的に計算されます.

フルーエンス率

表面-表面輻射インターフェースでは, フルエンス率を計算する必要があるドメインを選択するために, フルエンス率計算ノードを追加できるようになりました. フルエンス率は, 小さな物体が空洞に置かれた場合の放射線への曝露を示します. 浄水器の紫外線照射量を確認したい場合などに便利です. この新しい機能は, Annular Ultraviolet Reactor, Transparent Water で確認できます.

An ultraviolet reactor model in the Magma color table.

準透明水で満たされた紫外線反応器内のフルエンス率.

気象データ: ASHRAE 2021

温度, 湿度, 降水量, 日射量などの環境特性は, 定義 > 共有特性の環境特性ノードから定義できます. ユーザー定義の気象データを追加できるほか, 米国暖房冷凍空調技術者協会 (ASHRAE) が提供するハンドブックの値から, 月ごとおよび時間ごとの平均測定値から周囲変数を計算できます. ASHRAE 2021 ハンドブックの気象データは COMSOL Multiphysics^® に統合されており, 世界中の8500を超える気象観測所からの環境データが含まれています.

この新機能は, 次の既存のモデルで表示できます:

A 1D plot with a dotted blue line and solid green line.

英国グラスゴーの測候所での1年で最も暑い日の最高気温 (青は2013年, 緑は2021年) は, 2013年以降, 測定された気温が上昇したことを示しています. ASHRAE Weather Data からのデータ.

粘性散逸の強化された熱壁関数

伝熱乱流設定の非等温流連成では, レイノルズ平均ナビエ・ストークス (RANS) 乱流モデルに新しい熱壁関数設定を使用できます. 利用可能なオプションは2つあります. ほとんどの構成に適した標準と, 境界層での粘性散逸を考慮した壁での高粘性散逸です. これは, 内部の流れが速い場合, 特に狭い経路の場合や流体の粘性が非常に高い場合に, 正確な結果を得るために必要です. 新しいモデル Zero Pressure Gradient 2D Flat Plate は, この新しい機能を強調しています.

壁近くの粘性散逸と速度方向 (矢印) によって引き起こされる温度プロファイル (表面プロット). 緑の曲線は境界層の限界 (99% U_inf) を示し, シアンの曲線は x = 0.97 m と x = 1.9 m での速度プロファイルを示します.

相変化材料のためのユーザー定義相転移関数

相変化材料機能では, 材料特性のより正確な記述を可能にするユーザー定義の相転移関数が利用可能です. このオプションを使用すると, 測定データベースまたは材料データベースから正確な相変化の説明を使用できます. Phase Change in a Semi-Infinite Soil Column - Lunardini Solution モデルと次の既存モデルでこの更新を表示します:

A 1D plot with three solid lines and temperature on the y-axis.

時間の経過とともに加熱された, 最初に凍結したドメインの温度プロファイル.

吸湿性多孔質材料の追加機能

モデル定義を簡素化するために, 水分輸送インターフェースによって計算された蒸発率変数がブリンクマン方程式インターフェースによって計算された物質収支で考慮されるように, 水分流れマルチフィジックスカップリングが更新されました. さらに, 開放境界および流入境界条件は, 吸湿性多孔質材料が有効なドメインに隣接する外部境界に適用できるようになりました.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics^® 6.1 ではいくつかの新しいチュートリアルモデルが伝熱モジュールに追加されました.

軌道計算

高度 400km, 傾斜角 50°, 昇交点経度 0° での 1U CubeSat の軌道と入射照射. 軌道トラックの黒い色は日食を示します. すべての環境源からの総日射量と放射負荷が計算されます.

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orbit_calculation
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軌道熱負荷

An orbit of a satellite around an Earth model in the Rainbow color table.

探査機の軌道と入射照射. 地表の色はアルベドの大きさを表しています. 軌道上の衛星は, 太陽, アルベド, および惑星赤外線 (IR) 負荷を受けます. アルベドと惑星赤外線 (IR) は, 緯度と経度によって変化する可能性があります. 衛星の総日射量とフラックスは, いくつかの軌道で評価されます.

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orbit_thermal_ loads
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宇宙船熱解析

A circuit board model showing the temperature distribution in the Heat Camera color table.

電気部品を含む衛星回路基板の温度分布. 直達太陽, アルベド, および地球 IR の熱負荷は, 軌道熱負荷スタディで事前に計算され, 軌道温度スタディの複数の軌道期間で再利用されます.

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spacecraft_thermal_analysis
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プレート—フィン熱交換器

A heat exchanger model showing the oil flow and temperature in the Heat Camera color table.

プレート—フィン熱交換器のオイル流れとフィン温度. 熱伝達を最大化するために, 熱交換器は高温のオイルが流れる多孔質アルミニウムマトリックスでできています. 熱は, 多孔質マトリックスと接触しているアルミニウムフィンを介して伝導されます. これらのフィンは薄層としてモデル化されます. つまり, フィンの厚さはジオメトリには描かれませんが, 熱伝達モデルでは考慮されます.

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plate_fin_heat_exchanger
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