COMSOL - Nền tảng và ứng dụng trong mô phỏng số- Đặng Thành Trung

PGS TS ĐẶNG THÀNH TRUNG COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TPHCM Số 3, Cơng trường Quốc tế, Quận 3, TP Hồ Chí Minh ĐT: 38239171 – 38225227 - 38239172 Fax: 38239172 - Email: vnuhp@vnuhcm.edu.vn ***** PHÒNG PHÁT HÀNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Số Công trường Quốc tế - Quận – TPHCM ĐT: 38239170 – 0982920509 – 0913943466 Fax: 38239172 – Website: www.nxbdhqghcm.edu.vn ***** Chịu trách nhiệm xuất bản: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Chịu trách nhiệm nội dung: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Biên tập: PHẠM ANH TÚ Sửa in: THÙY DƯƠNG Trình bày bìa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Mã số ISBN: 978-604-73-1964-0 Số lượng 300 cuốn; khổ 16 x 24cm Số đăng ký kế hoạch xuất bản: 1007-2014/CXB/05-13/ĐHQGTPHCM Quyết định xuất số: 118 ngày 18/06/2014 NXB ĐHQGTPHCM In Cơng ty TNHH In Bao bì Hưng Phú Nộp lưu chiểu quý III năm 2014 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, nghiên cứu khoa học thực dựa phương pháp khác nhau, phương pháp mô số phương pháp thực nghiệm thường sử dụng nhiều Mô số công nghệ tạo mơ hình hoạt động gần giống vật, tượng xảy thực tế Trong thời đại khoa học công nghệ ngày nay, công nghệ mô số ngày sử dụng rộng rãi lĩnh vực khoa học kỹ thuật hoạt động người Mô số đem đến lợi ích to lớn là: tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh rủi ro, nguy hiểm điều kiện thực, giảm tác động xấu tới mơi trường Bên cạnh đó, mơ số học giải nhiều vấn đề khoa học mà khơng thể làm điều kiện thực Là người làm nghiên cứu khoa học, tác giả thấy nhu cầu tất yếu biết mô số phần mềm CFD hay COMSOL,… điều nhà nghiên cứu, người làm khoa học nước ta, sử dụng rộng rãi giới Nắm bắt điều này, nhiều năm qua, tác giả chắt lọc tổng hợp kiến thức COMSOL nhằm giới thiệu đến quý đọc giả công cụ hỗ trợ đắc lực thân thiện mô số với tựa đề “COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ” Quyển sách viết tinh thần tiếp cận tối đa tiềm mô số COMSOL với nhiều phiên bản, chủ yếu dựa phiên 3.5 Quyển sách sử dụng cho bạn sinh viên kỹ thuật, học viên cao học, nghiên cứu sinh tiến sĩ nhà nghiên cứu ngành liên quan Mặc dù tác giả cố gắng chắn khó tránh khỏi sai sót; mong nhận góp ý q báu từ phía người đọc Thư xin gửi địa chỉ: Khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, số 01 Võ Văn Ngân, Q Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh Tác giả PGS TS Đặng Thành Trung MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ COMSOL 1.1 MÔI TRƯỜNG COMSOL 1.2 CÁC MODULE CỦA COMSOL 16 Chương 2: SỰ HỖ TRỢ CÁC CÔNG CỤ VẼ TRONG COMSOL 35 2.1 MÔI TRƯỜNG CAD TRONG COMSOL 35 2.1.1 Sự tiếp nhận mơ hình vật lý 35 2.1.2 Chọn hệ trục tọa độ lưới 36 2.1.3 Tạo hệ tọa độ Descartes hệ tọa độ trụ 39 2.2 TẠO MỘT MƠ HÌNH 48 2.2.1 Tạo mơ hình 1D 48 2.2.2 Tạo mơ hình 2D 49 2.2.3 Tạo mơ hình 3D 65 2.3 NHẬP VÀ XUẤT CÁC ĐỐI TƯỢNG HÌNH HỌC VÀ MƠ HÌNH CAD 83 2.4 S HI N TH VÀ L A CHỌN CÁC THANH CÔNG CỤ 90 2.4.1 Hiển thị mơ hình 90 2.4.2 Sự lựa chọn miền 97 Chương 3: MƠ HÌNH HĨA VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH TỐN HỌC 98 3.1 CÁC BIẾN SỐ VÀ BI U THỨC 101 3.1.1 Các biến số biểu thức 101 3.1.2 Sử dụng đơn vị 117 3.2 THIẾT LẬP MƠ HÌNH CỤ TH 122 3.3 THIẾT LẬP VẬT LÝ 124 3.4 THIẾT LẬP MIỀN PHỤ VÀ HỆ SỐ PDE 129 3.5 SỬ DỤNG THƯ VIỆN CÁC VẬT LIỆU VÀ HỆ SỐ 140 3.6 XÁC Đ NH ĐIỀU KIỆN BIÊN 145 Chương 4: CÁCH PHÂN LƯỚI TRONG COMSOL 159 4.1 TẠO LƯỚI 159 4.2 TƯƠNG TÁC CHIA LƯỚI 201 4.3 NHẬP VÀ XUẤT CÁC LƯỚI 213 4.4 TẠO MỘT HÌNH HỌC TỪ MỘT LƯỚI 214 4.5 S HI N TH LƯỚI 215 Chương 5: GIẢI CÁC MƠ HÌNH TỐN HỌC 219 5.1 L A CHỌN MỘT LỜI GIẢI 219 5.1.1 Chọn lời giải 219 5.1.2 Lựa chọn lời giải ổn định, phụ thuộc thời gian giá trị riêng 221 5.1.3 Lời giải tuyến tính so với lời giải phi tuyến 221 5.2 CÁC LỜI GIẢI VÀ THIẾT LẬP 224 5.2.1 Lời giải ổn định 224 5.2.2 Lời giải phụ thuộc thời gian 227 5.2.3 Lời giải giá trị riêng 232 5.2.4 Lời giải tham số 238 5.2.5 Lời giải tách biệt ổn định 241 5.2.6 Lời giải tham số tách biệt 244 5.2.7 Lời giải tách biệt phụ thuộc thời gian 246 5.3 LỜI GIẢI CHO HỆ TUYẾN TÍNH 247 Chương 6: SỰ HIỂN THỊ KẾT QUẢ 253 6.1 HI N TH CÁC KẾT QUẢ SAU XỬ LÝ 253 6.1.1 Các kết sau xử lý 1D 273 6.1.2 Các kết sau xử lý 2D 278 6.1.3 Các kết sau xử lý 3D 290 6.2 S BẢO QUẢN MƠ HÌNH VÀ THƯ VIỆN MƠ HÌNH 305 6.2.1 Mở lưu mơ hình COMSOL 305 6.2.2 Mơ hình M-Files 306 6.2.3 Sử dụng thư viện mơ hình COMSOL 308 6.2.4 Tạo thư viện mơ hình người dùng 308 Chương 7: CÁC MƠ HÌNH ỨNG DỤNG 309 7.1 LÀM MÁT ĐỐI LƯU CHO BO MẠCH 309 7.2 LÀM MÁT ĐỐI LƯU CUỘN CẢM 329 7.3 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT TRONG MỘT PHANH ĐĨA 337 7.4 LÀM MÁT ÁO NƯỚC XYLANH XE TAY GA 348 TÀI LIỆU THAM KHẢO 379 Chương GIỚI THIỆU VỀ COMSOL Trong thời đại khoa học công nghệ ngày nay, công nghệ mô số ngày sử dụng rộng rãi lĩnh vực khoa học kỹ thuật hoạt động người Mô số đem đến lợi ích to lớn tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh trường hợp rủi ro điều kiện thực, giảm tác động xấu tới mơi trường Bên cạnh đó, mơ số học giải nhiều vấn đề khoa học, mà khơng thể làm điều kiện thực Trong vấn đề q trình truyền nhiệt lưu chất tham gia vào hầu hết trình vật lý thực tế tượng truyền nhiệt dòng chảy lưu chất vấn đề phức tạp tự nhiên với chế khác Do vậy, nghiên cứu phát triển phương pháp số học cho lời giải hiểu biết vấn đề truyền nhiệt lưu chất công việc quan trọng Để mô số, phần mềm mô số áp dụng MATLAB, FORTRAN, ANSYS, CFD FLUENT, CFD ACE+, COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics biết đến phần mềm mô số học đa vật lý Chi tiết tài liệu giúp q độc giả có nhìn xun suốt cách mô số học phần mềm mô COMSOL [1-4] Tập sách hoàn thành với trình bày cách tỉ mỉ thao tác để xây dựng nên mơ hình vật lý COMSOL cho lĩnh vực khoa học kỹ thuật công nghệ như: âm học, sinh học, phản ứng hóa học, khuếch tán, điện tử, động lực học chất lưu, pin nhiên liệu điện hóa học, địa vật lý, truyền nhiệt, điện tử micro (MEMS), kỹ thuật sóng cực ngắn, quang học, lượng tử ánh sáng, chuyển động không gian rỗng, học lượng tử, phận tần số vô tuyến, thiết bị bán dẫn, kết cấu, lan truyền sóng Các vấn đề đề cập với phần trình tạo lưới cho phần tử hữu hạn, tạo biến mô tả, lời giải sau xử lý,… Sự giải thích, hướng dẫn ví dụ giúp đỡ nhà nghiên cứu bước thực mơ số theo mơ hình thiết kế Chương mở đầu cung cấp nhìn tổng quan COMSOL Multiphysics lĩnh vực mà COMSOL dùng để mơ số học ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TPHCM... thiện mô số với tựa đề ? ?COMSOL – NỀN TẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÔ PHỎNG SỐ” Quyển sách viết tinh thần tiếp cận tối đa tiềm mô số COMSOL với nhiều phiên bản, chủ yếu dựa phiên 3.5 Quyển sách sử dụng