کاربرد خاص: پلات های قطبی، میدان دور و ردیابی ذرات

در پست‌های وبلاگ پس از پردازش اخیر، انواع نمودارهای مختلفی را نشان داده‌ایم که معمولاً برای کاربردهای معمول مایع، مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی استفاده می‌شوند. در چندین بخش بعدی این مجموعه، چند نوع طرح غیرمعمول دیگر را معرفی خواهیم کرد که مخصوص کاربردهای منحصر به فرد هستند و در مورد برخی ابزارهای دیگر که می توانید برای تغییر احساس تجسم خود استفاده کنید، بحث خواهیم کرد. در اینجا، نمودارهای قطبی، میدان دور و ردیابی ذرات را برجسته می کنیم.

توطئه های قطبی

نمودارهای قطبی دقیقاً همان چیزی است که از کلاس ریاضی به یاد دارید. آنها از مختصات قطبی r و استفاده می کنندبرای توصیف یک الگو، معمولاً یک میدان صوتی یا الکترومغناطیسی. این نمودارها برای دریافت نمای موضعی یا از بالا به پایین الگوی تشعشع دستگاه شما بسیار مفید هستند. به عنوان مثال، برای اطمینان از اینکه طراحی یک بلندگو برای یکنواخت ترین توزیع صدا بهینه شده است، باید یک نمودار قطبی را بررسی کنید تا ببینید امواج صوتی چگونه از بلندگو منتشر می شوند و محدوده آن چقدر است.

برای نشان دادن این، من یک طرح قطبی از یک مدل آنتن مخروطی را نشان خواهم داد. (اگر ماژول RF را نصب کرده اید، می توانید این شبیه سازی را در File > Model Libraries > RF Module > Antennas پیدا کنید .) این مدل الگوهای امپدانس و تشعشع یک آنتن مخروطی را تجزیه و تحلیل می کند. شکل هندسی آنتن در زیر نشان داده شده است:

هندسه یک آنتن مخروطی

این آنتن یک موج الکترومغناطیسی را که در یک کابل کواکسیال منتشر می شود هدایت می کند. انتشار در جهت z رخ می دهد و نتایج مدل الگوی تابش نزدیک به آنتن را برای فرکانس های مختلف نشان می دهد. در زیر یک نمودار قطبی است که الگوی میدان نزدیک را که با زاویه ارتفاع تغییر می‌کند، توصیف می‌کند.:

نموداری که الگوی تابش میدان نزدیک را نشان می دهد.

توطئه های میدان دور

برخلاف نمودارهایی که نشان داده شد، یک نمودار میدان دور یک الگوی موج (الکترومغناطیسی یا صوتی) را در فواصل دور از منبع توصیف می کند. به عنوان مثال، الگوی میدان دور آنتن مخروطی به شکل زیر است:

طرحی دوردست.

با مقایسه این نمودار با نمودار میدان نزدیک که قبلا نشان داده شد، می‌توان دید که چگونه الگوی تابش با پرش‌های بزرگ در فاصله از آنتن تغییر می‌کند.

با این حال، نمودارهای میدان دور اغلب به صورت سه بعدی نشان داده می شوند، بنابراین به نوع پلات قطبی محدود نمی شوند. متغیرها برای تعداد انتخابی از زاویه ها روی یک دایره (در دو بعد) یا یک کره (در سه بعدی) رسم می شوند، جایی که می توانید فاصله زاویه و همچنین مبدا و شعاع دایره یا کره را مشخص کنید. این الگوی تابش را با تغییر شکل دایره یا کره در جهت شعاعی برای هر نقطه ارزیابی مشخص شده ترسیم می کند. این بدان معنی است که فاصله از مرکز برابر با مقدار عبارت در نقطه ارزیابی می شود. (یکی از مزیت های این نوع نمودار این است که دایره یا کره مورد استفاده برای تعیین جهت های نمودار بخشی از هندسه مدل نیست، بنابراین تعداد جهات رسم به حوزه حل ارتباطی ندارد.)

نمودار سه بعدی میدان دور برای آنتن مخروطی در زیر برجسته شده است. متوجه خواهید شد که این یک نمای بسیار شاخص از الگوی موج ارائه می دهد و نوعی احساس “تصویر بزرگ” را برخلاف داده های محلی در نمودارهای قطبی ارائه می دهد.

طرح سه بعدی که تشعشعات میدان دور را در بالای آنتن نشان می دهد.

میدان دور در پایین آنتن.

نمودارهای ردیابی ذرات

در نهایت، چند نوع نمودار وجود دارد که برای کاربردهای ردیابی ذرات منحصر به فرد هستند. اینها نمودارهای ردیابی ذرات ، نقشه‌های پوانکاره ، و پرتره‌های فاز در COMSOL Multiphysics هستند. برای نشان دادن هر یک از این انواع طرح، من از یک مدل میکسر آرام استفاده می کنم. اگر ماژول ردیابی ذرات را نصب کرده‌اید، این مدل را می‌توانید در قسمت File > Model Libraries > Particle Tracing > Fluid Flow پیدا کنید .

شبیه سازی سیال را که از طریق لوله ای با تیغه های ثابت پمپ می شود، تجزیه و تحلیل می کند. این نوع اختلاط برای جریان آرام مناسب است زیرا تنها تلفات فشار کمی ایجاد می کند. این مدل عملکرد اختلاط را با ردیابی مسیر ذرات معلق در میکسر ارزیابی می کند.

نوع نمودار ردیابی ذرات، مسیرهای واقعی تعداد مشخصی از ذرات یا چگالی و قطر مشخص را نشان می دهد. در این حالت، یک گونه در آب با دمای اتاق حل می شود. در نتایج نشان داده شده در زیر، یک خط هر ذره را پنج ثانیه پس از رها شدن در مخلوط کن ردیابی می کند. بیان رنگ بر اساس نرخ برش (1/s) جریان است.

مدلی که نمودار ردیابی ذرات را در یک میکسر آرام نشان می دهد.

یکی دیگر از گروه های طرح سه بعدی که در این مدل گنجانده شده است، نقشه پوانکاره یا اولین نقشه بازگشتی است. اینها نمودارهای دو بعدی هستند که از یک صفحه برش تعریف شده در مجموعه داده ذرات ایجاد می شوند. این برای تجسم موقعیت ذرات در یک مقطع عرضی با مسیر حرکت آنها استفاده می شود. نقشه پوانکاره مسیرهای ذرات را در یک بعد فضایی نشان می دهد که یک بعد کمتر از فضای ذرات اصلی است. نمودار یک نقطه را در صفحه برش نشان می دهد که یک ذره از صفحه عبور کرده است (از جمله مکان های متعدد برای همان ذره اگر چندین بار از صفحه عبور کند). در نمودار زیر، رنگ نقطه نشان دهنده سرعت ذره در هنگام عبور از صفحه، پنج ثانیه پس از رها شدن است.

نقشه پوانکر

یک ترفند خوب برای نشان دادن نقشه های پوانکاره این است که چندین مورد از آنها را در یک گروه طرح سه بعدی قرار دهید. به عنوان مثال، نمودار نتایج زیر نقشه‌هایی را در مکان‌های مختلف در امتداد میکسر، با خطوط کلی تیغه‌ها در زیر نشان می‌دهد. در این مورد، رنگ نقاط نشان دهنده سطح انحلال است (چقدر گونه به خوبی در آب مخلوط شده است):

Poincare در مکان های مختلف در امتداد میکسر نقشه می کشد.

آخرین نوع طرحی که در اینجا به آن خواهیم پرداخت، پرتره فازی است. مانند نقشه پوانکاره، پرتره های فازی مکان ذرات را در یک نمودار دو بعدی نشان می دهد. با این حال، آنها لزوما در صفحه ای با جهتی که عرضی جهت حرکت ذرات است قرار ندارند. پرتره های فازی معمولاً برای ترسیم موقعیت و سرعت ذرات با هم استفاده می شود، جایی که موقعیت به عنوان فاصله از مبدا در نظر گرفته می شود. در زیر یک پرتره فاز وجود دارد که موقعیت ذرات را در t=5 ثانیه نشان می دهد:

مدلی که پرتره فازی را نشان می دهد.

این همه برای انواع طرح های خاص برنامه است. امیدواریم از این مقدمه برای چند روش منحصر به فرد برای نشان دادن نتایج و جمع‌آوری داده‌ها در شبیه‌سازی‌های RF، آکوستیک و ردیابی ذرات لذت برده باشید. منتظر پست بعدی وبلاگ ما در مورد ایجاد تغییر شکل در نمودارهای نتایج خود باشید!