سد حرارتی مرکب
معرفی
این مثال نحوه راه اندازی چندین لایه نازک ساندویچی با رسانایی حرارتی متفاوت را به دو روش مختلف نشان می دهد.
ابتدا کامپوزیت به عنوان یک شی سه بعدی مدل سازی می شود. در رویکرد دوم، از شرط مرزی لایه نازک برای جلوگیری از حل دامنه های نازک استفاده می شود و دو گزینه مدل سازی این ویژگی با هم مقایسه می شوند.
این روش هنگام مدلسازی انتقال حرارت از طریق موانع حرارتی مانند پوششهای چندلایه مفید است.
برای مقایسه رویکرد سه بعدی با رویکرد 0 بعدی با استفاده از رابط سیستم حرارتی برآمده، به سد حرارتی مرکب برآمده مراجعه کنید .
تعریف مدل
این آموزش از یک هندسه ساده همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است استفاده می کند . استوانه دارای شعاع 2 سانتی متر و ارتفاع 4 سانتی متر است.

شکل 1: هندسه.
کامپوزیت از دو لایه با رسانایی حرارتی متفاوت تشکیل شده است. روش اول هر لایه را به عنوان یک دامنه سه بعدی حل می کند. ارتفاع لایه ها حدود سه مرتبه قدر کوچکتر از ارتفاع توده است. این اغلب مستلزم ساخت یک مش به صورت دستی برای حل دقیق ساختار نازک است.
COMSOL Multiphysics یک شرایط مرزی ویژه را فراهم می کند که از ماژول انتقال حرارت در دسترس است، یعنی ویژگی لایه نازک.
روش دوم ابتدا از این ویژگی با خاصیت مقاومتی استفاده می کند (گزینه تقریب ضخیم حرارتی). این هندسه و در نتیجه مش را با نشان دادن مانع حرارتی به عنوان یک مرز ساده می کند. در هندسه های پیچیده، این شرط مرزی می تواند مقدار حافظه و زمان مورد نیاز برای شبیه سازی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
معادله زیربنایی شار گرما را از طریق لایه متناسب با اختلاف دما بین قسمت بالا و پایین فرض می کند. این بر این فرض استوار است که قسمت عمده در هر طرف به خوبی هم زده شده است به طوری که تمام مقاومت در برابر انتقال حرارت در یک لایه نازک نزدیک دیوار باشد. به دلیل افزایش مقاومت، شار روی کامپوزیت را می توان به صورت توده ای جمع کرد

که در آن هدایت حرارتی کلی k tot را می توان به صورت محاسبه کرد

سپس، رویکرد دوم از گزینه General از ویژگی لایه نازک استفاده می کند. در این حالت، یک بعد اضافی بر روی مرز تعریف می شود تا شار حرارتی را هم در جهت مماسی و هم در جهت عادی در لایه ها حل کند.
خواص مواد
سیلندر از فولاد ساخته شده است. کامپوزیت از دو لایه سرامیک مختلف تشکیل شده است.
ویژگی | سرامیک 1 | سرامیک 2 |
رسانایی گرمایی | 1 W/(m·K) | 0.5 W/(m·K) |
تراکم | 6000 کیلوگرم بر متر مکعب | 5800 کیلوگرم بر متر مکعب |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | 320 J/(kg·K) | 280 J/(kg·K) |
شرایط مرزی
دما در پایین 20 درجه سانتیگراد ثابت است در حالی که نیمی از مرز بالا در 1220 درجه سانتیگراد (1493 کلوین) نگه داشته می شود. تمام مرزهای بیرونی دیگر کاملاً عایق بندی شده اند.
نتایج و بحث
شکل 2 توزیع دما در سیلندر را نشان می دهد. کامپوزیت به عنوان یک مانع حرارتی عمل می کند که منجر به جهش دما بر روی لایه می شود.

شکل 2: توزیع دما.
اگر شرایط مرزی لایه نازک نتایج قابل اعتمادی را در مقایسه با حل لایه های نازک در سه بعدی ایجاد کند، جالب است. این را می توان با یک نمودار خطی مقایسه ای مانند شکل 3 انجام داد . این نشان می دهد که رویکرد 2 بعدی، با یا بدون بعد اضافی 1 بعدی، نتایج دقیقی را برای دماهای عمده تولید می کند.

شکل 3: مشخصات دما برای 3D، 2D و 2D با رویکردهای بعد اضافی.
سوال مهم دیگر برای شبیه سازی تاثیر روی اندازه مش و رم مورد نیاز است.
با مش چهاروجهی پیشفرض، تعداد عناصر مش حدود 130000 عنصر است و الگوریتم مشبندی هشدارهایی میدهد.
با ویژگی مش جارو شده می توانید تعداد عناصر را به طور قابل توجهی به حدود 2800 عنصر کاهش دهید که تنها 2٪ از تعداد اولیه عناصر است. در هندسه های پیچیده، الگوریتم مش جاروب اغلب قابل اجرا نیست. با استفاده از شرط مرزی لایه نازک، تعداد عناصر مش از 2800 به 2000 کاهش می یابد که حدود 30٪ کمتر است، حتی در این هندسه ساده. می توانید تعداد عناصر مش استفاده شده در پنجره پیام ها را در زیر پنجره گرافیک مشاهده کنید .
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
برای مقایسه مستقیم نتایج، هر دو رویکرد در یک فایل MPH مدیریت میشوند.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_گرما/آموزش_ساختار_نازک/موانع_ترمال_ترکیب
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی ![]() |
2 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids (ht) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | ![]() |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 | ![]() |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d_ceram1 | 50 [یک] | 5E-5m | ضخامت لایه 1 |
d_ceram2 | 75 [یک] | 7.5E-5m | ضخامت لایه 2 |
T_hot | 1220 [درجه سانتیگراد] | 1493.2 K | دمای گرم |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، cm را انتخاب کنید . |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 4 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
اکنون، استوانه های نازکی ایجاد کنید تا لایه های سرامیکی بین دو حوزه فولادی مشخص شود.
سیلندر 2 (cyl2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، d_ceram1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2-(d_ceram1+d_ceram2)/2 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
سیلندر 3 (cyl3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، d_ceram2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2-(d_ceram1+d_ceram2)/2+d_ceram1 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن y ، -2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z ، 4 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن y ، 2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 4 را تایپ کنید . |
9 | ![]() |
تعاریف
اپراتورها و متغیرهایی را برای ارزیابی میانگین دما در سد حرارتی و در هر یک از لایههای آن ایجاد کنید.
یکپارچه سازی: مانع
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Definitions کلیک راست کرده و Nonlocal Couplings>Integration را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
4 | ![]() |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 2 3 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، در قسمت متن نام اپراتور، intopBarrier را تایپ کنید . |
8 | در قسمت نوشتار Label ، Integration: Barrier را تایپ کنید . |
یکپارچه سازی: لایه 1
1 | روی Integration : Barrier کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | در لیست، 3 را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
5 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
6 | در قسمت نوشتار Label ، Integration : Layer 1 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی نام اپراتور ، intopLayer1 را تایپ کنید . |
یکپارچه سازی: لایه 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Definitions روی Integration : Barrier (intopBarrier) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | در لیست، 2 را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
5 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
6 | در قسمت نوشتار Label ، Integration : Layer 2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی نام اپراتور ، عبارت intopLayer2 را تایپ کنید . |
متغیرها: دما در مانع حرارتی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
vol_barrier | intopBarrier (1) | m³ | حجم مانع |
vol_layer1 | intopLayer1(1) | m³ | حجم لایه 1 |
vol_layer2 | intopLayer2 (1) | m³ | حجم لایه 2 |
T_int_barrier | intopBarrier(T) | m³ · K | انتگرال دما در سد حرارتی |
T_int_layer1 | intopLayer1 (T) | m³ · K | انتگرال دما در لایه 1 |
T_int_layer2 | intopLayer2 (T) | m³ · K | انتگرال دما در لایه 2 |
T_ave_barrier | intopBarrier(T)/intopBarrier(1) | ک | میانگین دما در سد حرارتی |
T_ave_layer1 | intopLayer1(T)/intopLayer1(1) | ک | میانگین دما در لایه 1 |
T_ave_layer2 | intopLayer2(T)/intopLayer2(1) | ک | میانگین دما در لایه 2 |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Variables: temperature in thermal barrier را تایپ کنید . |
مواد
پیوند مواد 1 (matlnk1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و More Materials>Material Link را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Material Link ، قسمت تنظیمات پیوند را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
افزودن مواد به MATERIAL LINK 1 (MATLNK1)
1 | به پنجره Add Material to Material Link 1 (matlnk1) بروید . |
2 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
3 | کلیک راست کرده و Add to Material Link 1 (matlnk1) را انتخاب کنید . |
مواد
Material Link 2 (matlnk2)
1 | روی Materials راست کلیک کنید و More Materials>Material Link را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پیوند مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در فیلد متن Selection عدد 2 را تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات مربوط به Material Link ، قسمت تنظیمات پیوند را پیدا کنید . |
7 | ![]() |
8 | در پنجره Model Builder ، روی Material Link 2 (matlnk2) کلیک کنید . |
9 | ![]() |
تعاریف جهانی
سرامیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Materials روی Material 2 (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، سرامیک 1 را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 1 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 6000 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 320 | J/(kg·K) | پایه ای |
مواد
Material Link 3 (matlnk3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و More Materials>Material Link را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پیوند مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
4 | در کادر محاورهای Paste Selection ، عدد 3 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات مربوط به Material Link ، قسمت تنظیمات پیوند را پیدا کنید . |
7 | ![]() |
8 | در پنجره Model Builder ، روی Material Link 3 (matlnk3) کلیک کنید . |
9 | ![]() |
تعاریف جهانی
سرامیک 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Materials روی Material 3 (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، سرامیک 2 را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.5 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 5800 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 280 | J/(kg·K) | پایه ای |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
دما 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک راست کرده و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
دما 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 13 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متن T 0 ، T_hot را تایپ کنید . |
مش 1
ابتدا سطح بالایی را با یک توری مثلثی آزاد مش کنید و آن را به صورت لایه لایه از طریق هندسه استوانه ای اکسترود کنید. با یک گره توزیع ، مشخص کنید که چند لایه مش قرار است در دامنه ایجاد شود. لایه های کامپوزیت را با دو عنصر در ضخامت حل کنید.
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 13 و 18 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، روی ![]() |
جارو 1
در نوار ابزار Mesh ، روی
Swept کلیک کنید .

توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 2 و 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements ، 2 را تایپ کنید . |
5 | ![]() |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ،
روی محاسبه کلیک کنید .

نتایج
دما (ht)
نمودارهای زیر به طور پیشفرض تولید میشوند: مشخصات دما روی سطح مانند شکل 2 ، و خطوط همدما.
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی ![]() |
در مرحله بعد، یک پروفایل دما در امتداد ارتفاع سیلندر ایجاد کنید. بعداً نمودار را با نتایج رویکرد دو بعدی مقایسه خواهید کرد.
مشخصات دما
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، مشخصات دما را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
4 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Height (cm) را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، Temperature Profile را تایپ کنید . |
7 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در نوار ابزار Temperature Profile ، روی ![]() |
2 | فقط لبه های 15، 17، 19 و 21 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
8 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
10 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
دما، رویکرد سه بعدی |
11 | در نوار ابزار مشخصات دما ، روی ![]() |
نمودارهای مربوط به رویکرد سه بعدی را در زیر یک گره گروه بندی کنید.
خطوط همدما (ht)، دما (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results ، Ctrl را کلیک کنید تا Temperature (ht) و Isothermal Contours (ht) را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
رویکرد سه بعدی
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه ، 3D Approach را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
حالا اجازه دهید همه طرح ها پس از حل دوباره بازسازی شوند.
2 | در پنجره Model Builder ، روی Results کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای نتایج ، قسمت به روز رسانی نتایج را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Recompute all plot data after solution را انتخاب کنید . |
اکنون مدل دوم را ایجاد کنید که از ویژگی لایه نازک استفاده می کند و نتایج را با رویکرد اول مقایسه کنید.
افزودن کامپوننت
در پنجره Model Builder ، روی گره ریشه راست کلیک کرده و Add Component>3D را انتخاب کنید .
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids (ht) را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای مطالعه 1 پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 2 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای انتقال حرارت در جامدات (ht) پاک کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی گره ریشه کلیک کنید. |
7 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
هندسه 2
1 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
2 | از لیست واحد طول ، cm را انتخاب کنید . |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | روی Component 2 (comp2)>Geometry 2 کلیک راست کرده و Cylinder را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 4 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (سانتی متر) |
لایه 1 | 2 |
6 | تیک Layers on side را پاک کنید . |
7 | تیک Layers on bottom را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن y ، -2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z ، 4 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن y ، 2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 4 را تایپ کنید . |
9 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
تعاریف (COMP2)
به منظور مقایسه با مؤلفه 1 ، یک عملگر یکپارچه سازی و متغیرهایی برای ارزیابی میانگین دما در سد حرارتی و در هر یک از لایه های آن ایجاد کنید.
یکپارچه سازی: مرز
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Component 2 (comp2)>Definitions کلیک راست کرده و Nonlocal Couplings>Integration را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration: Boundary را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی نام اپراتور ، عبارت intopBnd را تایپ کنید . |
5 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
6 | ![]() |
7 | در کادر محاورهای Paste Selection ، عدد 6 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
متغیرها: دما در مانع حرارتی
1 | روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
isLayer1 | llmat1_xdim.atonly(dom==1) | شناسه لایه 1 (=1 در لایه 1، 0 در جای دیگر) | |
isLayer2 | llmat1_xdim.atonly(dom==2) | شناسه لایه 2 (=1 در لایه 2، 0 در جای دیگر) | |
vol_barrier | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(1)) | حجم مانع حرارتی | |
vol_layer1 | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(isLayer1)) | حجم لایه 1 | |
vol_layer2 | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(isLayer2)) | حجم لایه 2 | |
T_int_barrier | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(T2)) | انتگرال دما در سد حرارتی | |
T_int_layer1 | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(T2*isLayer1)) | انتگرال دما در لایه 1 | |
T_int_layer2 | intopBnd(ht2.sls2.xdintopall(T2*isLayer2)) | انتگرال دما در لایه 2 | |
T_ave_barrier | T_int_barrier/vol_barrier | میانگین دما در سد حرارتی | |
T_ave_layer1 | T_int_layer1/vol_layer1 | میانگین دما در لایه 1 | |
T_ave_layer2 | T_int_layer2/vol_layer2 | میانگین دما در لایه 2 |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Variables: temperature in thermal barrier را تایپ کنید . |
مواد
Material Link 4 (matlnk4)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Materials راست کلیک کرده و More Materials>Material Link را انتخاب کنید .
تعاریف جهانی
مواد لایه ای 1 (lmat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions ، روی Materials راست کلیک کرده و Layered Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه لایه ، قسمت تعریف لایه را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
لایه | مواد | چرخش (درجه) | ضخامت | عناصر مش |
لایه 1 | سرامیک 1 (مت2) | 0.0 | d_ceram1 | 2 |
4 | ![]() |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
لایه | مواد | چرخش (درجه) | ضخامت | عناصر مش |
لایه 2 | سرامیک 2 (مت3) | 0.0 | d_ceram2 | 2 |
مواد
پیوند مواد لایه ای 1 (llmat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Materials راست کلیک کرده و Layers>Layered Material Link را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
انتقال حرارت در جامدات 2 (HT2)
دو گره لایه نازک را در همان مرز اضافه کنید. آنها هر کدام در دو مطالعه مجزا فعال خواهند شد تا گزینههای تقریب ضخیم حرارتی و عمومی را با هم مقایسه کنند .
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی انتقال حرارت در Solids 2 (ht2) کلیک کنید . |
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
لایه نازک 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات لایه نازک ، بخش مدل لایه را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع لایه ، General را انتخاب کنید . |
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
دما 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متن T 0 ، T_hot را تایپ کنید . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 2 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
لایه نازک 2 را در این مطالعه غیرفعال کنید . ابتدا از لایه نازک 1 برای نمایش نتایج با گزینه تقریب ضخیم حرارتی استفاده می شود . بعداً در مطالعه دیگری از لایه نازک 2 با گزینه عمومی استفاده خواهد شد .
4 | در درخت، Component 2 (comp2)>Heat Transfer in Solids 2 (ht2)>Thin Layer 2 را انتخاب کنید . |
5 | ![]() |
مش 2
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Mesh 2 کلیک کنید .
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 7 و 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، روی ![]() |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 2 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
مطالعه 2
در نوار ابزار صفحه اصلی ،
روی محاسبه کلیک کنید .

نتایج
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht2) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
مشخصات دما
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Temperature Profile کلیک کنید .
نمودار خط 2
1 | روی Temperature Profile کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (3) (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | فقط لبه های 9 و 11 را انتخاب کنید. |
5 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Heat Transfer in Solids 2>Temperature>T2 – Temperature – K را انتخاب کنید . |
6 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
10 | از لیست Color ، Magenta را انتخاب کنید . |
11 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
12 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
13 | در قسمت متن شماره ، 15 را تایپ کنید . |
14 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
15 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
16 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
دما، رویکرد 2 بعدی |
17 | در نوار ابزار مشخصات دما ، روی ![]() |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Temperature (ht2) روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
نمودارهای مربوط به رویکرد دو بعدی را در زیر یک گره گروه بندی کنید.
خطوط همدما (ht2)، دما (ht2)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، Ctrl را کلیک کنید تا Temperature (ht2) و Isothermal Contours (ht2) را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
رویکرد دو بعدی
در پنجره تنظیمات برای گروه ، 2D Approach را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
بعد، یک مطالعه برای حل مولفه 2 با لایه نازک 2 به جای لایه نازک 1 اضافه کنید . ویژگی لایه نازک 2 از گزینه عمومی استفاده می کند که یک بعد اضافی 1 بعدی ایجاد می کند که با دو فاصله تشکیل شده است تا دو لایه سرامیکی را نشان دهد.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای انتقال حرارت در جامدات (ht) پاک کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مطالعه 3
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
3 | در درخت، Component 2 (comp2)>Heat Transfer in Solids 2 (ht2)>Thin Layer 1 را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، ![]() |
نتایج
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht2) 1 را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
مشخصات دما
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Temperature Profile کلیک کنید .
نمودار خط 3
1 | در نوار ابزار Temperature Profile ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 3/راه حل 3 (5) (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | فقط لبه های 9 و 11 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، T2 را تایپ کنید . |
6 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
10 | از فهرست رنگ ، از تم را انتخاب کنید . |
11 | از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
12 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، مثلث را انتخاب کنید . |
13 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
14 | در قسمت متن شماره ، 20 را تایپ کنید . |
15 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
16 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
17 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
دما، 2 بعدی با رویکرد ابعاد اضافی |
18 | در نوار ابزار مشخصات دما ، روی ![]() |
نمودار باید مانند شکل 3 باشد .
نمودارهای مربوط به دوبعدی با رویکرد بعد اضافی را در زیر یک گره گروه بندی کنید.
خطوط همدما (ht2) 1، دما (ht2) 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results ، Ctrl را کلیک کنید تا Temperature (ht2) 1 و Isothermal Contours (ht2) 1 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
2 بعدی با رویکرد ابعاد اضافی
در پنجره تنظیمات برای گروه ، 2D With Extra Dimension Approach را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
همچنین، طرح مقایسه رویکردهای مختلف را در زیر یک گره خاص قرار دهید.
مشخصات دما
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Temperature Profile کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید .
مقایسه رویکردهای مختلف
در پنجره تنظیمات گروه ، Comparison of the Different Approaches را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
در مرحله بعد، نمودارهایی ایجاد کنید تا نتایج به دست آمده با مطالعه 1 و مطالعه 3 را برای دمای لایه های سرامیکی با جزئیات بیشتر مقایسه کنید. علاوه بر این، میانگین دمای مانع حرارتی به دست آمده با این دو مطالعه را ارزیابی کنید.
ابتدا یک نمودار برای محلول دما در سطح مانع حرارتی ایجاد کنید.
دما (سطح لایه ها)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما (سطح لایه ها) را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Layered Material 2 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature (Layers Surface) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . ![]() |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار دما (سطح لایه ها) ، روی ![]() |
برای ارائه بهتر، ضریب مقیاس را برای ضخامت لایه ها در مجموعه داده لایه لایه 2 تغییر دهید .
مواد لایه ای 2
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Layered Material 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه لایه ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مقیاس ، 20 را تایپ کنید . |
4 | ![]() |
دما (سطح لایه ها)
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>2D With Extra Dimension Approach روی Temperature (Layers Surface) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | از لیست View ، نمای جدید را انتخاب کنید . |
2 بعدی با رویکرد ابعاد اضافی
در مرحله بعد، یک نمودار برای دما روی برش هایی از مانع حرارتی ایجاد کنید.
دما (برش)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما (برش ها) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 3/راه حل 3 (5) (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
5 | از لیست View ، نمای جدید را انتخاب کنید . |
برش مواد لایه ای 1
1 | روی Temperature (Slices) کلیک راست کرده و Layered Material Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه لایه لایه ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Through-Thickness Location را بیابید . از لیست تعریف موقعیت مکانی ، Interfaces را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Layout را پیدا کنید . از لیست جابجایی ، خطی را انتخاب کنید . |
6 | از لیست جهت ، x را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متنی Relative x-separation ، 0.25 را تایپ کنید . |
8 | تیک Show descriptions را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متن جداسازی نسبی ، 1 را تایپ کنید . |
10 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . ![]() |
11 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
12 | روی OK کلیک کنید . |
13 | در نوار ابزار دما (برش ها) ، روی ![]() |
14 | ![]() |
سپس دما را از طریق ضخامت مانع حرارتی رسم کنید.
دما (از طریق ضخامت)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دما (از ضخامت) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Temperature (Through Thickness) کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 4 و 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، z-(2[cm]-(d_ceram1+d_ceram2)/2) را تایپ کنید . |
5 | از لیست واحد ، m را انتخاب کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
7 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
دما (از طریق ضخامت)
در پنجره Model Builder ، روی Temperature (Through Thickness) کلیک کنید .
از طریق ضخامت 1
1 | در نوار ابزار دما (از ضخامت) ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Through Thickness ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 3/راه حل 3 (5) (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | فقط نقطه 2 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، T2 را تایپ کنید . |
6 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
8 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
9 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
10 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . زیربخش موقعیت های رابط را پیدا کنید . از فهرست نمایش موقعیت های رابط ، همه رابط ها را انتخاب کنید . |
11 | در نوار ابزار دما (از طریق ضخامت) ، روی ![]() |
در نهایت، دمای متوسط را در سد حرارتی و در هر یک از لایههای آن با انجام یک ارزیابی کلی از متغیرهای تعریف شده قبلی در هر جزء ارزیابی کنید.
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی جایگزینی عبارت در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>T_ave_barrier – Average of temperature in thermal barrier – K را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>T_ave_layer1 – Average of temperature in layer 1 – K را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>T_ave_layer2 – Average of temperature in layer 2 – K را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
T_ave_barrier | tenC | میانگین دما در سد حرارتی |
T_ave_layer1 | tenC | میانگین دما در لایه 1 |
T_ave_layer2 | tenC | میانگین دما در لایه 2 |
6 | ![]() |
ارزیابی جهانی 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 3/راه حل 3 (5) (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Definitions>Variables>T_ave_barrier – Average of temperature in thermal barrier – K را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Definitions>Variables>T_ave_layer1 – Average of temperature in layer 1 – K را انتخاب کنید . |
6 | روی Add Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Definitions>Variables>T_ave_layer2 – Average of temperature in layer 2 – K را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
T_ave_barrier | tenC | میانگین دما در سد حرارتی |
T_ave_layer1 | tenC | میانگین دما در لایه 1 |
T_ave_layer2 | tenC | میانگین دما در لایه 2 |
8 | ![]() |
میانگین دما در سد حرارتی نزدیک به 530 درجه سانتیگراد است و تفاوت قابل توجهی بین دو لایه وجود دارد.