解决概述我们可以使用三个选项来模拟一个域,用来表示无限延伸的区域。每个选项都有不同的适用领域:
无限元域功能用于本质上为扩散型 的控制方程,固体传热 物理场接口就是这样一种情况。“无限元”表示沿特定坐标轴拉伸的区域,其作用是近似形成无限大的域。
完美匹配层 (PML) 域功能用于本质上为波形 的定常控制方程,其中的场描述了能量的辐射,电磁波,频域 接口就属于这种情况。PML 充当一个近乎理想的吸收体或辐射体域。
吸收层功能是 PML 在时域中的建模方案,也用于在本质上为波形 的控制方程,但这些方程通过时域显式方法进行求解,电磁波,时域显式 接口就属于这种情况。
在这个示意图中,所研究的区域(绿色)位于一个无限延伸的区域(蓝色)内。
这些特征最典型的用法是对所研究的区域 进行建模,该区域完全封装在无限延伸的区域 内,如上图所示。为了准确捕获所研究区域中的行为,您必须求解该区域和无限延伸区域中的相关控制方程。然而,求解无限大区域中的场在计算上是不可能的,因此,可以使用各种策略将模型截断为合理的大小。无限元、PML 和吸收层就属于这种截断策略,它们具有类似的设置、用法和网格划分要求。下面介绍这三个特征的几何和网格划分要求。如要确定您正在使用的物理场是否支持上述选项,请先在模型中添加物理场,然后右键单击组件 》 定义分支,或者转到定义工具栏。软件会显示以上一个或多个选项,或者不显示任何选项,具体取决于模型中添加的物理场。
几何设置
无论您使用这三个(无限元、PML 和吸收层)选项中的哪一个,几何设置都是相同的。如果采用二维建模,则应将几何设置为以下所示的两种情况之一,用于描述笛卡尔或圆柱型无限域。
笛卡尔(左)和圆柱型(右)无限域几何的二维可视化效果。如果采用二维轴对称建模,则应将几何设置为以下两种情况之一,用于描述球面或圆柱型无限域:
球面(左)和圆柱型(右)无限域几何的二维轴对称可视化效果。
如果采用三维建模,则应将几何设置为以下三种情况之一,用于表示球面、笛卡尔或圆柱型域:
球面(左)、笛卡尔(中)和圆柱型(右)无限域几何的三维可视化效果。为了便于可视化,其中省略了一些“无限域”和需要研究的内部域。
请注意,二维中的矩形和圆以及三维中的球体、长方体和圆柱体几何特征均包含引入层的选项,用于简化上述情况的设置。通常,我们可以将这些域的厚度设为建模空间总尺寸的十分之一左右。从所研究区域到无限域的距离是我们需要研究的参数。对于“笛卡尔”和“圆柱型”的情况,需要有单独的角域,这一点很重要。
网格划分注意事项
由于无限域都以某种方式执行坐标拉伸,因此,使网格与这些拉伸方向匹配非常重要。网格应如下图所示。在二维中使用映射网格,在三维中使用扫掠网格,可以生成这些类型的网格。由于数值上的原因,较好的做法是不要过度扭曲或拉伸这些域中的单元。从这些域中的至少五个单元开始,始终执行网格细化研究。
二维笛卡尔(左)和圆柱型(右)情况的适当网格可视化效果。
二维轴对称球面(左)和圆柱型(右)情况的适当网格可视化效果。
三维球面(左)、笛卡尔(中)和圆柱型(右)情况的适当网格可视化效果,其中未显示其他域中的网格。
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