بررسی نتایج شبیه سازی شما
برای یک شبیهسازی گذرا، تصور کنید که میتوانید به سادگی یک حسگر مجازی را در یک مدل در یک مکان خاص وارد کنید و سپس در حین حل، تکامل یک مقدار میدان را در طول زمان نظارت کنید. در COMSOL Multiphysics می توانید این کار را با استفاده از Probes انجام دهید . شما یک پروب را در درخت Model Builder درست زیر گره Model Definitions تعریف می کنید . اندازه گیری مقدار در یک نقطه تنها کاری نیست که می توانید با کاوشگر انجام دهید، اما در این پست وبلاگ ما بر روی آن کار خاص کاوش تمرکز خواهیم کرد. ما همچنین به شما نشان خواهیم داد که چگونه میتوانید از پروبها برای فشردهسازی اندازه یک مدل گذرا ذخیرهشده استفاده کنید، تنها با ذخیره مجموعه دادههای راهحل کامل در چند نقطه از زمان و همزمان با داشتن نمودار دادههای پروب نمونهبرداری متراکم با یک جدول همراه. .
کاوش در شبیه سازی صفحه دوقطبی پیل سوختی
برای بهتر نشان دادن کاوش، از یک مثال استفاده می کنیم. ما به شما نحوه استفاده از پروب ها را در مورد تجزیه و تحلیل تنش حرارتی گذرا نشان خواهیم داد . (نکته: پست وبلاگ قبلی ما را برای پیشینه تحلیل تنش حرارتی بخوانید .)
بیایید صفحه دو قطبی یک سلول سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) را تجزیه و تحلیل کنیم. هندسه این مدل از کتابخانه مدل ماژول مکانیک سازه گرفته شده است. PEMFC یک فناوری نامزد برای وسایل نقلیه هیدروژنی آینده است، اما مواد بسیار گران قیمت مورد نیاز تا کنون استفاده از آن را به کاربردهای پرهزینه مانند ماموریت های فضایی خاص محدود کرده است. شبیهسازیهای پیل سوختی به طراحی سلولهای سوختی ارزانتر و در دسترستر کردن این فناوری کمک میکند. طراحی پیل سوختی به شبیهسازیهای چندفیزیکی گسترده از جمله تنش، گرما، CFD و آنالیز الکتروشیمیایی نیاز دارد. ما در اینجا به تجزیه و تحلیل CFD و الکتروشیمیایی نگاه نمی کنیم، بلکه در عوض یک شبیه سازی مکانیکی را به شما نشان می دهیم. اگر به شبیهسازی پیل سوختی پیشرفتهتر علاقه دارید، مدلهای آموزشی ماژول طراحی باتری را بررسی کنید .
درباره مدل صفحه دوقطبی پیل سوختی
پشته پیل سوختی متشکل از سلول های واحد با یک آند، یک غشاء و یک کاتد است که به صورت سری از طریق صفحات دوقطبی به هم متصل شده اند. صفحات دوقطبی همچنین به عنوان توزیع کننده گاز برای هیدروژن و هوا که به ترتیب به قسمت آند و کاتد تغذیه می شود، عمل می کنند. تصویر زیر یک نقشه شماتیک از پشته پیل سوختی را نشان می دهد. سلول واحد و صفحات دوقطبی اطراف با جزئیات در گوشه سمت راست بالای شکل نشان داده شده است.
پیل سوختی در دمای کمتر از 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) کار می کند، به این معنی که هنگام راه اندازی باید گرم شود. فرآیند گرمایش باعث ایجاد تنش های حرارتی در صفحات دوقطبی می شود. شکل زیر هندسه مدل را با جزئیات نشان می دهد. صفحه شامل شکافهای گازی است که کانالهای گاز را در سلول تشکیل میدهند، سوراخهایی برای میلههای اتصال که پشته را در کنار هم نگه میدارند، و عناصر گرمایشی (در تصویر با برچسب منبع گرما ) که در وسط کانال تغذیه گاز قرار گرفتهاند. برای الکترودها
در مدل COMSOL صفحه دوقطبی، از رابط کاربری Thermal Stress استفاده می کنیم و یک منبع حرارت حجمی را به دو حوزه استوانه ای مرکزی اعمال می کنیم.
همچنین شرایط مرزی خنک کننده همرفتی وجود دارد که در کناره های صفحه اعمال می شود.
توان کلی 8 وات بر روی دو عنصر گرمایش توزیع می شود. ما قدرت گرمایی را با تعریف جدول جستجویی که نام آن را startup() می گذاریم ، با زمان به عنوان آرگومان ورودی افزایش می دهیم. نماد براکت با 1/s (به تصویر زیر مراجعه کنید) آرگومان ورودی t را قبل از ارسال به جدول جستجو به یک کمیت بدون واحد تبدیل می کند. این تبدیل واحد مورد نیاز نیست، اما این یک تمرین خوب است که مسئولیت مدیریت واحد را به عهده بگیرید.
جدول درون یابی تحت تعاریف مدل تعریف شده است و نشان دهنده افزایش از 0 به 1 در 10 ثانیه است. ما از گزینه Piecewise cubic interpolation استفاده می کنیم تا مطمئن شویم منحنی صافی به دست می آوریم. این منحنی توان ورودی 8 وات را در طول زمان تعدیل می کند به طوری که در t=0s توان ورودی 0 وات و در t=10s توان ورودی 8 وات نهایی باشد. در زیر خواهیم دید که زمان برای صفحه دوقطبی برای رسیدن به حالت پایدار بسیار بیشتر از 10 ثانیه است که دلیل آن خنک سازی نسبتاً ناکارآمد است:
نحوه راه اندازی پروب ها در COMSOL Multiphysics
راه اندازی پروب ها از گره Model Definitions در درخت مدل دسکتاپ COMSOL انجام می شود. در این مورد ما یک Domain Point Probe را انتخاب می کنیم (چند نوع پروب دیگر وجود دارد). با استفاده از روش ورود خط معمولی نقطه و سطح، میتوانیم به صورت تعاملی نقطهای را از خطی انتخاب کنیم که از نقطه دیگری در مرز مدل با جهت عادی به سطح مرز میرود. عمق را می توان به راحتی توسط کنترل لغزنده تنظیم کرد. همچنین موقعیت دقیق نقطه را در مختصات x، y و z بدست می آورید.
محل کاوشگر با یک نقطه قرمز در امتداد خط نشان داده شده است. در اینجا، یک نقطه دلخواه در داخل صفحه انتخاب شده است:
در زیر گره Domain Point Probe در درخت Model Builder گره ای به نام Point Probe Expression پیدا خواهید کرد . در اینجا میتوانید متغیر فیلدی را که میخواهید ارزیابی کنید و در طول فرآیند حل نظارت کنید، تنظیم کنید. پیشفرض برای تحلیل تنش حرارتی، میدان دما T است، اما این میتواند در واقع هر عبارت میدانی باشد که میخواهید نظارت کنید، از جمله اجزای گرادیان (مشتق جزئی). برای مثال، مشتق جزئی T نسبت به X به صورت d(T,X) یا به سادگی TX وارد می شود (به X بزرگ توجه کنید).
در پنجره Study Settings می توانیم از ابزار Range برای تعیین زمان شروع و توقف استفاده کنیم. واحدها را می توان در اینجا استفاده کرد و ما به مدت 10 ساعت به عنوان 10[h] وارد می کنیم.
از ذخیره کل محلول با پروبینگ خودداری کنید
حال بیایید ببینیم چگونه می توان از پروب ها برای جلوگیری از ذخیره کل محلول برای تعداد زیادی از مراحل زمانی استفاده کرد. در ابزار Range تعداد مقادیر را 2 قرار می دهیم . این کوچکترین مقدار ممکن است و مطمئن می شود که حل کامل فقط در t=0 و t=10[h] ذخیره می شود. دقت حلگر وابسته به زمان توسط تلورانس نسبی کنترل می شود. در این حالت، تلرانس از 0.01 اصلی به 0.0001 کاهش می یابد (تصویر بالا را ببینید). هرچه تلورانس کمتر باشد، گامهای زمانی کوتاهتر توسط حلکننده برداشته میشود. این روی دادههای کاوشگر ما تأثیر خواهد داشت. میتوانیم کاوشگر را تنظیم کنیم که همزمان با مراحل داخلی که توسط حلکننده برداشته میشود، بهروزرسانی شود. (الگوریتم گام به گام استفاده شده توسط COMSOL برای این شبیه سازی یک روش به اصطلاح BDF مرتبه متغیر است که مراحل خود را در زمان و بر اساس راه حل و تنظیمات تحمل تطبیق می دهد.)
در پنجره تنظیمات مطالعه ، در قسمتی به نام نتایج در حین حل ، از گزینه Output from solver (که فقط نتایج را در t=0 و t=10[h] به ما میدهد) به Steps taken by solver تغییر میدهیم . مثل این:
Compute را از گره Study انتخاب کنید . در حین حل، اکنون در حین کار کردن حلکننده، نمودار دما و جدول دما را میبینیم . اگر شبیه سازی دارید که حل آن زمان زیادی می برد، می توانید از اطلاعات نمایش داده شده Probe برای بررسی اینکه آیا چیزی را در مدل اشتباه تنظیم کرده اید استفاده کنید. انجام این کار به شما این امکان را می دهد که سپس شبیه سازی را قبل از اتمام آن متوقف کنید، به عقب برگردید و برخی تنظیمات را تغییر دهید و دوباره از نو شروع کنید.
همانطور که می بینید، خروجی پروب دارای نقاط داده بسیار بیشتری نسبت به t=0 و t=10[h] است. با کاهش تنظیم تحمل حل کننده می توانید تعداد نقاط داده را افزایش دهید. جدول به شما امکان می دهد نتایج را برای استفاده در یک صفحه گسترده کپی و جایگذاری کنید. همچنین در صورت تمایل به استفاده از واحدهای مختلف یا ترتیب محورها، می توانید تنظیمات Probe Plot را تغییر دهید (در اینجا دمای T در مقابل زمان t را دریافت می کنیم).
تجسم نتایج ما
به عنوان گام بعدی، البته میتوانیم میدان دما را در 10 ساعت (36000 ثانیه) و همچنین تنش فون میزس را با یک طرح مش روی هم تجسم کنیم.
![]() | ![]() |
تجسم میدان دما در 10 ساعت. | تجسم استرس فون میزس با مش روکش شده. |
توجه: مش در این مثال دارای عناصر محدود منشوری است. مثلث ها از ضخامت صفحه عبور کردند.
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید