هندسه لامپ

هندسه لامپ

PDF

هندسه لامپ
معرفی
در COMSOL Multiphysics به راحتی می توانید با کشیدن مستقیم در پنجره گرافیکی، اشکال پیچیده دو بعدی ایجاد کنید. پس از ترسیم یک طرح اولیه، گره های هندسی مربوط به اجزای منحنی های ترسیم شده را می توان برای تنظیم شکل یا معرفی پارامترها در عبارات اندازه ویرایش کرد. همچنین می توانید آزادانه اشکالی را که کشیده اید با پیوستن آنها به عملیات بولی ترکیب کنید.
در این آموزش، مقطع یک لامپ را در داخل یک جزء مدل متقارن محوری دوبعدی ایجاد می کنید. ابتدا طرح کلی هندسه را ترسیم می کنید و سپس عناصر منحنی های مرکب را برای به دست آوردن شکل دلخواه تغییر می دهید. علاوه بر این، از انتخاب های نامگذاری شده برای ایجاد انتخاب های تنظیم فیزیک استفاده خواهید کرد.
دستورالعمل های گام به گام نشان می دهد که چگونه می توان هندسه را در حالت Sketch ترسیم کرد، در حالی که از یک گردش کاری معمولی برای ایجاد هندسه در COMSOL Multiphysics پیروی می کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد موضوعات زیر به ادامه مطلب مراجعه کنید:
نحوه رسم اشکال دو بعدی با ابزارهای ترسیم و نحوه ویرایش گره های هندسی حاصل
نحوه پارتیشن بندی یک لبه برای ایجاد مرزهای اضافی برای تنظیمات فیزیک
چگونه اجسام هندسی ایجاد شده را با هم متحد کنیم تا هندسه نهایی شبیه سازی را تشکیل دهیم
نحوه تنظیم انتخاب هایی که تعریف تنظیمات فیزیک را کارآمدتر می کند
تجزیه و تحلیل چندفیزیکی لامپ در مدل همرفت آزاد در یک مدل لامپ واقع در کتابخانه کاربردی ماژول انتقال حرارت توضیح داده شده است.
تعریف مدل
هندسه ای که می خواهید در این آموزش ایجاد کنید، مقطع یک لامپ است، شکل 1 را ببینید که در مدل Free Convection in a Light Bulb در کتابخانه کاربردی ماژول انتقال حرارت استفاده شده است. شبح بیرونی و ساختار داخلی با استفاده از دو منحنی ترکیبی ایجاد می شود. در دنباله هندسه شما همچنین انتخاب هایی را برای تخصیص تعاریف مواد و فیزیک تنظیم خواهید کرد.
شکل 1: مقطع یک لامپ.
این مثال فقط فرآیند ایجاد دنباله هندسی را توصیف می کند. برای تنظیم فیزیک، دستورالعمل‌های همرفت آزاد در یک لامپ در کتابخانه کاربردی ماژول انتقال حرارت را دنبال کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: COMSOL_Multiphysics/Geometry_Tutorials/light_bulb_geometry
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Blank  Model کلیک کنید .
افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Component کلیک کنید و 2D  Axismetric را انتخاب کنید .
هندسه 1
1
در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید .
2
از لیست واحد طول  ، میلی متر را انتخاب کنید .
با کشیدن یک طرح کلی از لامپ شروع کنید. نگران درست کردن آن نباشید زیرا بعداً آن را تنظیم خواهید کرد.
ابعاد لامپ بزرگتر از سطح زوم پیش فرض در پنجره گرافیک است. اگر طرح اصلی به اندازه نهایی نزدیک‌تر شود، تنظیم شکل آسان‌تر است، بنابراین می‌توانید با کوچک‌نمایی چند مرحله شروع کنید.
منحنی مرکب 1 (cc1)
شکلی شبیه به شکل زیر بکشید، از گوشه بالا سمت چپ شروع کنید و در جهت عقربه های ساعت ادامه دهید.
1
در نوار ابزار Geometry ، روی Polygon کلیک کنید ، سپس در پنجره Graphics ، با کلیک بر روی خط مرکزی نزدیک به بالای بوم، اولین راس را قرار دهید.
2
اشاره گر را به سمت راست حرکت دهید و در انتهای اولین بخش افقی یک بار کلیک کنید تا یک راس قرار گیرد.
3
برای تغییر طراحی چند ضلعی Cubic Bézier، کلیک راست کرده و از منوی زمینه، Cubic را انتخاب کنید .
4
دو نقطه کنترل منحنی Bézier و به دنبال آن راس را در انتها با یک بار کلیک بر روی بوم برای هر نقطه قرار دهید.
5
برای تغییر طراحی یک قوس دایره ای، در پنجره گرافیک کلیک راست کرده و از منوی زمینه، Circular  Arc را انتخاب کنید ، سپس شروع، مرکز، زاویه را انتخاب کنید .
6
مرکز قوس را روی خط مرکزی قرار دهید، سپس نشانگر را حرکت دهید تا قوس بکشید و برای قرار دادن راس انتهایی کلیک کنید تا قوس در خط مرکزی تمام شود.
7
کلیک راست کنید، سپس از منوی زمینه Polygon را انتخاب کنید .
8
برای بستن شکل، نشانگر را در بالای راس اول قرار دهید، سپس برای قرار دادن آخرین راس کلیک کنید. شکل به طور خودکار بسته می شود.
پس از اتمام، گره منحنی ترکیبی 1 به دنباله هندسه اضافه می شود. این گره حاوی ویژگی های چند ضلعی، مکعبی Bézier و قوس دایره ای است که ترسیم کرده اید. توجه داشته باشید که دو بخش مستقیم مجاور به طور خودکار در یک ویژگی ترکیب می شوند.
منحنی مرکب 1 (cc1)
سپس ویژگی های داخل منحنی کامپوزیت  1 را برای به دست آوردن شکل بیرونی لامپ تنظیم کنید.
چند ضلعی 1 (pol1)
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Geometry  1>Composite  Curve   (cc1) را گسترش دهید ، سپس روی Polygon   (pol1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
R (MM)
Z (MM)
0
-25
0
42
10
42
هنگام ویرایش مختصات ویژگی‌ها در یک منحنی ترکیبی  ، ویژگی‌های مجاور به‌طور خودکار به‌روزرسانی می‌شوند تا نقطه شروع و پایان لبه‌های مجاور بر هم منطبق باشد.
Cubic Bézier 1 (cb1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Cubic  Bézier   (cb1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Cubic  Bézier ، بخش Control  Points را پیدا کنید .
3
در ردیف 2 ، r را روی 18 تنظیم کنید .
4
در ردیف 2 ، z را روی 41 تنظیم کنید .
5
در ردیف 4 ، r را روی 13*sqrt(2) قرار دهید .
6
در ردیف 4 ، z را روی 13*sqrt(2)+1 قرار دهید .
قوس دایره ای 1 (ca1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Circular  Arc   (ca1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای قوس دایره ای  ، قسمت مرکز را پیدا کنید .
3
در قسمت متن عدد 0 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن z ، 1 را تایپ کنید .
5
بخش Radius را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 26 را تایپ کنید .
6
قسمت Angles را پیدا کنید . در قسمت متن زاویه شروع ،  45 را تایپ کنید .
7
در قسمت نوشتار زاویه پایان ،  -90 را تایپ کنید .
8
 روی Build  All  Objects کلیک کنید .
منحنی مرکب 1 (cc1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Composite  Curve   (cc1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای منحنی ترکیبی  ، قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید .
3
تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
4
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، خاموش را انتخاب کنید . با این تنظیم، انتخاب فقط به عنوان ورودی برای ویژگی های دنباله هندسی در دسترس است. به این ترتیب شما می توانید فقط انتخاب های مربوطه را در لیست انتخاب ها نگه دارید، به عنوان مثال، ویژگی های فیزیک و مش را تعریف کنید.
لبه های پارتیشن 1 (pare1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans  and  Partitions کلیک کنید و لبه های پارتیشن  را انتخاب کنید .
2
در شیء cc1 ، فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
عملیات پارتیشن بندی می تواند در بسیاری از موارد مفید باشد. در اینجا، ما در حال پارتیشن بندی لبه انتخاب شده برای ایجاد بخش هایی هستیم که نشان می دهد بخشی از مرزهای بالایی لامپ توسط یک کلاه پوشانده شده است.
3
در پنجره تنظیمات برای لبه های پارتیشن  ، روی Build Selected کلیک کنید .
منحنی مرکب 2 (cc2)
به ایجاد مرزهای داخلی ادامه دهید. با شروع مجدد از گوشه بالا سمت چپ، سپس در جهت عقربه های ساعت، یک طرح کلی ترسیم کنید.
از ابزارهای طراحی به ترتیب زیر استفاده کنید:
1
برای کشیدن لبه عمود بر محور چرخش با یک Polygon شروع کنید. راس اول آن به سمت داخل از راس شروع شکل بیرونی قرار دارد.
2
با چند ضلعی Cubic  Bézier ادامه دهید. سعی کنید شکل بیرونی را دنبال کنید.
3
یک کمان دایره ای  اضافه کنید که به خط مرکزی ختم می شود.
4
یک چند ضلعی را در امتداد خط مرکزی به سمت بالا بکشید تا تقریباً نیمی از هندسه بالا باشد.
5
با یک قوس دایره ای  که از خط مرکزی منحنی می کند، ادامه دهید.
6
از ابزار Polygon برای کشیدن لبه ای که به سمت خط مرکزی متمایل می شود، استفاده کنید .
7
یک قوس دایره‌ای  دیگر بکشید که از آن منحنی می‌شود و سپس به سمت خط مرکزی برمی‌گردید. رئوس شروع و پایان را می توان به صورت عمودی تراز کرد.
8
برای ایجاد یک بخش منحنی که ابتدا به سمت خط مرکزی منحنی می شود و سپس دور می شود، به یک منحنی درون یابی تغییر دهید.  از گزینه Interpolation Points برای تعریف منحنی استفاده کنید و یک نقطه درون یابی اضافه کنید. سعی کنید رئوس شروع و پایان را به صورت عمودی تراز کنید.
9
با استفاده از ابزار Polygon شکل را با یک لبه عمودی ببندید .
منحنی مرکب 2 (cc2)
به ویرایش ویژگی های داخل منحنی مرکب  2 ادامه دهید .
چند ضلعی 1 (pol1)
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Geometry  1>Composite  Curve   (cc2) را گسترش دهید ، سپس روی Polygon   (pol1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
R (MM)
Z (MM)
4
31
4
41
10
41
Cubic Bézier 1 (cb1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Cubic  Bézier   (cb1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Cubic  Bézier ، بخش Control  Points را پیدا کنید .
3
در ردیف 2 ، r را روی 18 تنظیم کنید .
4
در ردیف 2 ، z را روی 40 تنظیم کنید .
5
در ردیف 3 ، r را روی 9 تنظیم کنید .
6
در ردیف 3 ، z را روی 29 تنظیم کنید .
7
در ردیف 4 ، r را روی 12.5*sqrt(2) قرار دهید .
8
در ردیف 4 ، z را روی 12.5*sqrt(2)+1 قرار دهید .
9
قسمت Weights را پیدا کنید . در قسمت متن 2 ، 3/4 را تایپ کنید .
چند ضلعی 2 (pol2)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Polygon   (pol2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
R (MM)
Z (MM)
0
11
قوس دایره ای 2 (ca2)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Circular  Arc   (ca2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای قوس دایره ای  ، قسمت مرکز را پیدا کنید .
3
در قسمت متن z ، 13 را تایپ کنید .
4
بخش Radius را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 2 را تایپ کنید .
چند ضلعی 3 (pol3)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Polygon   (pol3) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
R (MM)
Z (MM)
1
24
قوس دایره ای 3 (ca3)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Circular  Arc   (ca3) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای قوس دایره ای  ، قسمت مرکز را پیدا کنید .
3
در قسمت متن r ، 1 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن z ، 27 را تایپ کنید .
5
بخش Radius را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 3 را تایپ کنید .
6
قسمت Angles را پیدا کنید . در قسمت متن زاویه شروع ،  -90 را تایپ کنید .
7
در قسمت متنی زاویه پایان ،  0 را تایپ کنید .
منحنی درونیابی 1 (ic1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Interpolation  Curve   (ic1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Interpolation  Curve ، بخش Interpolation  Points را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
R (MM)
Z (MM)
3
29
4
31
4
قسمت End  Conditions را پیدا کنید . از لیست شرط  در  نقطه شروع  ، جهت مماس را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عدد 0 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن z ، 1 را تایپ کنید .
7
از لیست شرط  در  نقطه پایانی ، جهت مماس  را انتخاب کنید .
8
در قسمت متن عدد 0 را تایپ کنید .
9
در قسمت متن z ، 1 را تایپ کنید .
منحنی مرکب 2 (cc2)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Composite  Curve   (cc2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای منحنی ترکیبی  ، روی Build Selected کلیک کنید .  
3
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
4
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، خاموش را انتخاب کنید .
تنگستن
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دایره ، تنگستن را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Size  and  Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 0.5 را تایپ کنید .
4
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 10 را تایپ کنید .
5
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
6
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، همه  سطوح را انتخاب کنید .
7
 روی Build  Selected کلیک کنید .
هندسه به پایان رسیده است، اما قبل از ادامه، بیایید حالت Sketch را ترک کنیم و هندسه را با استفاده از پنجره Selection List بررسی کنیم .
8
در نوار ابزار Geometry ، روی  Sketch کلیک کنید .
9
در نوار ابزار Home ، روی  Windows کلیک کرده و Selection  List را انتخاب کنید .
لیست انتخاب
1
به پنجره Selection  List بروید .
در اینجا می‌توانید فهرستی از اشیاء و موجودیت‌های هندسی و انتخاب‌های نام‌گذاری شده را که در هندسه در وضعیت ساخت فعلی برای سطح موجودیت انتخاب‌شده وجود دارند، مشاهده کنید. لیست بالا شامل اشیا و موجودیت ها است و لیستی که در پایین قرار دارد، انتخاب های نامگذاری شده را نمایش می دهد.
بیایید به سه جسمی که هندسه را تشکیل می دهند نگاهی بیندازیم.
2
در نوار ابزار پنجره Graphics ، در کنار  Select  Objects کلیک کنید ، سپس Select  Objects را انتخاب کنید .
3
به پنجره Selection  List بروید .
4
در درخت، منحنی ترکیبی  1 را انتخاب کنید . 
5
در درخت، منحنی ترکیبی  2 را انتخاب کنید . 
6
در درخت، تنگستن را انتخاب کنید .
حوزه های شیشه، گاز آرگون و رشته تنگستن پس از عملیات بولی هندسی این سه جسم ایجاد می شوند. یعنی، دامنه برای شیشه، تفاوت اجسام منحنی مرکب 1 و منحنی مرکب 2 است، و دامنه برای گاز آرگون، تفاوت اجسام منحنی مرکب 2 و تنگستن است.
خوشبختانه، COMSOL Multiphysics به طور خودکار این دامنه‌ها را در عملیات Form Union که در انتهای دنباله هندسه است محاسبه می‌کند و با حفظ مرزهای داخلی برای حوزه‌های مجزا، اتحاد تمام اشیاء هندسی موجود در دنباله را ایجاد می‌کند.
هندسه 1
فرم اتحادیه (فین)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Geometry  1 روی Form  Union  (fin) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات Form  Union/Assembly ، روی  Build  Selected کلیک کنید .
پس از Form Union ، تنها یک شی در لیست بالایی پنجره Selection List نمایش داده می شود . این هندسه نهایی شده به حوزه هایی در امتداد مرزهای اشیاء اولیه تقسیم می شود.
3
در نوار ابزار پنجره Graphics ، در کنار  Select  Objects کلیک کنید ، سپس Select  Domains را انتخاب کنید .
لیست انتخاب
1
به پنجره Selection  List بروید .
2
دامنه های مربوط به شیشه، گاز آرگون و رشته تنگستن را با کلیک کردن روی ورودی های لیست دامنه ها بررسی کنید.
در بخش‌های بعدی، انتخاب‌های نام‌گذاری شده را تنظیم می‌کنیم که می‌توانید هنگام تعریف تنظیمات فیزیک از آنها استفاده کنید
هندسه 1
شیشه
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، Glass را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای افزودن لیست، روی افزودن درست زیر گزینه‌ها کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، منحنی ترکیبی  1 را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
6
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای تفریق فهرست، روی افزودن درست در زیر انتخاب ها کلیک کنید .
7
در کادر محاوره‌ای افزودن ، منحنی ترکیبی  2 را در لیست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید .
8
روی OK کلیک کنید .
اکنون که انتخابی برای دامنه شیشه ای دارید، از ویژگی Adjacent Selection برای به دست آوردن مرزهای آن استفاده کنید.
مرزهای شیشه ای
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Adjacent  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب مجاور  ، Glass Boundaries را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، Glass را در فهرست انتخاب‌های ورودی  انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
آرگون
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، Argon را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای افزودن لیست، روی افزودن درست زیر گزینه‌ها کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، منحنی ترکیبی  2 را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
6
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای تفریق فهرست، روی افزودن درست در زیر انتخاب ها کلیک کنید .
7
در کادر محاوره‌ای افزودن ، تنگستن را در لیست انتخاب‌ها  برای  تفریق انتخاب کنید .
8
روی OK کلیک کنید .
تشعشعات داخلی
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
برای بدست آوردن مرزهای تشعشع داخلی، انتخاب های اشیاء حاصل از قبل تعریف شده را ترکیب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، تابش داخلی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای افزودن لیست، روی افزودن درست زیر گزینه‌ها کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، تنگستن و مرزهای شیشه‌ای  را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
قسمت Input Entities را پیدا کنید . برای تفریق فهرست، روی افزودن درست در زیر انتخاب ها کلیک کنید .
8
در کادر محاوره‌ای افزودن ، منحنی ترکیبی  1 را در لیست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید .
9
روی OK کلیک کنید .
تشعشع بیرونی
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح  ، Exterior Radiation را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Entities  to  Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
در باله شی ، فقط مرزهای 14 و 15 را انتخاب کنید.
تابش – تشعشع
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Union  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب اتحادیه  ، Radiation را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، تابش داخلی  و تشعشع خارجی را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره تنظیمات برای انتخاب اتحادیه  ، روی Build Selected کلیک کنید .