浅谈COMSOL中的“参考温度”

作者：极度喜欢上课

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        在刚开始学习COMSOL的过程中很多同学可能会对COMSOL中的“参考温度”产生疑惑，不清楚这个“参考温度”所起到的作用。（大家都需要经过小白这个阶段，一开始本人也是妥妥萌新一枚，为了帮助大家快速成长，那今天我们就来聊聊它。）本文就以本人所熟悉的层流（spf）物理场接口为例子，简要介绍一下这个“参考温度”在该物理场接口中的作用，希望能给大家一定的启发，能够举一反三也能弄懂“参考温度”在其他物理场中所起到的作用。

        首先我们得找找层流（spf）中的“参考温度”在哪里，如图1所示在层流（spf）的设置窗口中会有一个参考温度Tref，默认是293.15K，也就是20摄氏度。（这里科普大家一个小知识，COMSOL里面的摄氏度对应的单位是degC，也就是293.15[K]=20[degC]。）

        为了形象生动说明层流（spf）中“参考温度”的作用，这里分别取“参考温度”为293.15[K]和353.15[K]来计算同一个简单的模型。（交代一下这个简单模型的要素，计算域为一个20×1mm的矩形，采用COMSOL的内置材料Water，liquid作为流体材料，左端为速度入口0.01m/s，右端为静压力0出口，网格为物理场控制的常规网格划分，采用稳态求解器计算。）如图2所示分别是算出来的两组“参考温度”下的速度和压力结果。从图中我们可以看到两组结果有差别，速度最大值的差异在0.03%左右，压力最大值的差异在2.2%左右，但是差异都属于可忽略的范畴。（如果一直看着本人拙文的同学，可以先记住这个差异的比例，后期的文章可能会用到这组数据。）那这么看来“参考温度”对层流（spf）仿真的结果是有影响的，但影响确实不大。

        现在本人在上述简单模型的基础上更改一下，流体材料用到自定义的水，密度为998.2kg/m3动力粘度为0.001，其余条件和上述简单模型保持一致。（看到这里大家是不是已经隐隐约约猜到这个“参考温度”的作用了？）如图3所示，对应两组“参考温度”下的速度和压力结果，可以看到没有一丁点差别了。（看到这里那种“隐隐约约”的感觉是不是更强烈了，这里建议同学先自己思考一下，尝试找到原因所在，顺便点个赞和投个币，下文继续为同学揭晓答案。）

        这里稍微进行一下复盘，上文分别对同一个简单模型进行了四次仿真，前两次与后两次唯一的差别就是“前两次使用了内置材料，后两次使用了自定义材料”，从结果上看使用了内置材料的模型会受到“参考温度”的影响，但影响不大，使用自己定义材料的模型一点都不会受到“参考温度”的影响。造成这种情况的原因是：COMSOL内置材料Water.liquid的密度和动力粘度参数是和温度相关的，如图4所示为COMSOL内置材料Water.liquid中密度与温度的关系，（动力粘度与温度的关系同学也可以自行在COMSOL软件中查阅。）这个“参考温度”的意义就是告诉层流（spf）物理场接口应该调用该“参考温度”下的材料参数，如果是自定义的材料，其密度和动力粘度一般是定值，因此“参考温度”就不会发挥任何作用。

        这里我依然以密度为例（动力粘度同理），如图5所示为前两次仿真（采用的是COMSOL内置材料Water.liquid）所对应的两组“参考温度”下的密度的值。（看到图5的对比同学们是不是恍然大悟了！）

        总结一下本文要点，一句话就是“当使用的材料的物性参数和温度是有关系的时候，“参考温度”的作用就是调用该温度下的物性参数。”（这句话的结论是只适用单独使用层流（spf）物理场接口时成立，如遇其他情况同学需要进行拓展不能生搬硬套，但是大体思路应该都是一致的。）

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