همرفت رایگان در یک لامپ
معرفی
این نرم افزار جریان غیر گرمایی گاز آرگون را در داخل یک لامپ شبیه سازی می کند. هدف این مدل نشان دادن جفت بین انتقال انرژی – از طریق رسانش، تابش، و همرفت – و انتقال تکانه ناشی از تغییرات چگالی در گاز آرگون است.
هر سه شکل انتقال حرارت در نظر گرفته شده است. اول، شما دارای رسانایی هستید، زمانی که یک رشته 60 واتی گرم می شود و در نتیجه گرما را از منبع گرما به لامپ منتقل می کند. سپس جابجایی وجود دارد که جریانی را در داخل لامپ به حرکت در می آورد و گرما را از رشته در سراسر لامپ از طریق حرکت سیالات (در این مورد، گاز آرگون) منتقل می کند. در نهایت، بخش تشعشع مشکل وجود دارد، و در این مورد که شامل تشعشعات سطح به سطح و سطح به محیط است. ماژول انتقال حرارت شامل هر دو نوع تابش است، به طوری که می توانید سایه و انعکاس بین سطوح تابشی و همچنین تشعشعات محیطی را که می توان با یک عملکرد دلخواه ثابت یا ایجاد کرد را در نظر بگیرید. فیزیک لامپ شامل انتقال گرما و جریان گاز است.
توجه: این برنامه به ماژول انتقال حرارت و کتابخانه مواد نیاز دارد.
تعریف مدل
یک لامپ حاوی یک رشته تنگستن است که وقتی جریانی از آن عبور می کند، به طور مقاومتی گرم می شود. در دمای حدود 2000 کلوین، رشته شروع به انتشار نور مرئی می کند. برای جلوگیری از سوختن سیم تنگستن، لامپ را با گازی پر میکنند که معمولاً آرگون است. گرمای تولید شده در رشته از طریق تابش، همرفت و رسانش به محیط اطراف منتقل می شود. با گرم شدن گاز، تغییرات چگالی و فشار باعث ایجاد جریان در داخل لامپ می شود.
شکل 1 مقطعی از هندسه مدل متقارن محوری را نشان می دهد.

شکل 1: هندسه مدل.
فیلامنت با یک چنبره جامد تقریب مییابد، تقریبی که دلالت بر نادیده گرفتن هرگونه اثرات داخلی در داخل سیم رشته دارد.
معادلات حاکم بر جریان غیر گرمایی معادلات ناویر-استوکس با نیروهای گرانش هستند (به گرانش در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL مراجعه کنید ). چگالی توسط قانون گاز ایده آل داده می شود

که در آن M وزن مولی (kg/mol)، R ثابت گاز جهانی (J/(mol·K))، و T دما (K) را نشان می دهد.
انتقال حرارت همرفتی و رسانا با استفاده از رابط انتقال حرارت مدلسازی میشود و مجموع قدرت لامپ برابر با 60 وات است.
شرایط مرزی
در سطوح داخلی لامپ، تشعشع با تابش سطح به سطح توصیف می شود. این بدان معنی است که تابش متقابل از سطوحی که از یک سطح خاص قابل مشاهده است و تشعشعات به محیط اطراف محاسبه می شود. در سطوح بیرونی لامپ، تشعشع با تابش سطح به محیط توصیف میشود، به این معنی که هیچ تابشی منعکس شده از محیط اطراف وجود ندارد (تابش جسم سیاه).
قسمت بالایی لامپ، جایی که لامپ روی درپوش نصب شده است، عایق بندی شده است:

نتایج
گرمایش داخل لامپ دارای مقیاس زمانی طولانی و کوتاه از t = 0 است ، زمانی که چراغ روشن می شود. مقیاس کوتاهتر گرمایش رشته و گاز نزدیک به آن را جذب می کند. سری تصاویر زیر توزیع دمای داخل لامپ را در t = 2 ، 6 و 10 ثانیه نشان می دهد.

شکل 2: توزیع دما در t = 2، 6 و 10 s. محدوده رنگ بین طرح ها متفاوت است.
هنگامی که دما تغییر می کند، چگالی گاز تغییر می کند و باعث ایجاد جریان گاز در داخل لامپ می شود. سری تصاویر زیر میدان سرعت داخل لامپ را پس از 2 ، 6 و 10 ثانیه نشان می دهد.

شکل 3: میدان سرعت بعد از 2، 6 و 10 ثانیه. محدوده رنگ بین طرح ها متفاوت است.
در مقیاس زمانی طولانی تر، شیشه سمت بیرونی لامپ گرم می شود. نمودار زیر توزیع دما در لامپ را پس از 5 دقیقه نشان می دهد.

شکل 4: توزیع دما بعد از 5 دقیقه.
شکل 5 توزیع دما را در نقطه ای از مرز لامپ در همان سطح عمودی رشته نشان می دهد. این نمودار حرارت آهسته لامپ را نشان می دهد. پس از 5 دقیقه، لامپ به دمای پایدار تقریباً 589 کلوین

شکل 5: توزیع دما در نقطه ای از مرز لامپ در همان سطح عمودی رشته.
گرما از مرز لامپ از طریق شار حرارتی همرفتی و تابش منتقل می شود. شار حرارتی تابشی خالص خروجی از لامپ در t = 300 ثانیه در شکل 6 به عنوان تابعی از مختصات z رسم شده است . مرزهای بالای لامپ که در آن لامپ روی کلاهک نصب شده است از این طرح مستثنی شده است. برآمدگی مشخص در منحنی در حدود z = 1.5 سانتی متر، بالای رشته رخ می دهد.

شکل 6: شار حرارتی تابشی خالص خروجی از لامپ.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
برای تنظیم مدل، از کوپلینگ چندفیزیکی از پیش تعریف شده انتقال حرارت مزدوج ماژول انتقال حرارت استفاده کنید. این مدل از موادی از Material Library استفاده میکند تا به طور دقیق ویژگیهای وابسته به دما را در محدوده وسیعی محاسبه کند. تنظیم مدل ساده است و همچنین نشان می دهد که چگونه می توانید مواد خود را ایجاد کنید تا با آرگون به عنوان یک گاز ایده آل رفتار کنید. هنگام کار با تشعشعات سطح به سطح در COMSOL، دامنه های سیال به طور پیش فرض به عنوان حوزه های شفاف و جامد به عنوان مات در نظر گرفته می شوند که ویژگی های مورد انتظار برای این مدل هستند. این فرض که شیشه روی لامپ مات است ممکن است عجیب به نظر برسد، اما معتبر است زیرا شیشه در برابر تابش گرما تقریباً مات است اما در طیف مرئی نسبت به تابش شفاف است.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_گرما/تابش_حرارتی/لامپ_لامپ
دستورالعمل های مدل سازی
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>Conjugate Heat Transfer>Liminar Flow را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت انتخاب فیزیک ، انتقال حرارت > تابش> تابش سطح به سطح (راد) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | ![]() |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
8 | ![]() |
تعاریف
ویژگی های محیط 1 (apr1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، بخش شرایط محیط را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T amb ، 25[degC] را تایپ کنید . |
هندسه 1
دنباله هندسی برای مدل در یک فایل موجود است. اگر میخواهید خودتان آن را از ابتدا ایجاد کنید، میتوانید آموزش زیر برنامهها/COMSOL_Multiphysics/Geometry_Tutorials را دنبال کنید . در غیر این صورت، دنباله هندسی را به صورت زیر وارد کنید:
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل light_bulb_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
دنباله وارد شده شامل تمام انتخاب های مورد نیاز علاوه بر هندسه واقعی است. انتخاب ها کار تخصیص مواد، تعیین شرایط مرزی و رسم نتایج را تسهیل می کنند.
4 | ![]() |
اکنون باید هندسه نشان داده شده در شکل 1 را ببینید .
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 |
h0 | 5[W/(m^2*K)] | 5 W/(m²·K) | ضریب انتقال حرارت |
Qf | 60[W] | 60 وات | منبع حرارت در فیلامنت |
p0 | 50 [کیلو پاسکال] | 50000 Pa | فشار اولیه |
rho_glass | 2595 [kg/m^3] | 2595 کیلوگرم بر متر مکعب | تراکم، شیشه |
k_glass | 1.09 [W/(m*K)] | 1.09 W/(m·K) | هدایت حرارتی، شیشه |
Cp_glass | 750 [J/(kg*K)] | 750 J/(kg·K) | ظرفیت حرارتی، شیشه |
eps_glass | 0.8 | 0.8 | تابش سطحی، شیشه |
Mr_a | 39.94 [g/mol] | 0.03994 کیلوگرم بر مول | جرم مولی، آرگون |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Material Library>Elements>Tungsten>Tungsten [solid]>Tungsten [solid,Ho et] را انتخاب کنید. al.] . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
مواد
تنگستن [جامد، هو و. al.] (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی تنگستن [solid,Ho et.] کلیک کنید . al.] (mat1) . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، تنگستن را انتخاب کنید . |
برای اعمال تابش سطحی برای تنگستن به عنوان یک ویژگی ماده، همچنین باید تنگستن را به عنوان ماده سطح رشته تعریف کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، Material Library>Elements>Tungsten>Tungsten [solid]>Tungsten [solid,Ho et] را انتخاب کنید. al.] . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مواد
تنگستن [جامد، هو و. al.] 1 (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، تنگستن را انتخاب کنید . |
شیشه
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Glass را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، شیشه را انتخاب کنید . |
4 | 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 | k_glass | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | rho_glass | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | Cp_glass | J/(kg·K) | پایه ای |
اکنون، فیزیک را راهاندازی کنید تا به COMSOL Multiphysics اجازه دهید ویژگیهایی را که باید به صورت دستی مشخص کنید، پرچمگذاری کند.
جریان آرام (SPF)
همانطور که جریان توسط شناوری هدایت می شود، گرانش اهمیت دارد.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان آرام بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Include gravity را انتخاب کنید . |
از آنجایی که تغییرات چگالی کم نیست، جریان را نمی توان تراکم ناپذیر در نظر گرفت. بنابراین جریان را تراکم پذیر تنظیم کنید.
4 | از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، آرگون را انتخاب کنید . |
سطح مرجع فشار را در خصوصیات رابط تعریف کنید.
6 | بخش Physical Model را پیدا کنید . در قسمت متن p ref ، p0 را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آرگون را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، تنگستن را انتخاب کنید . |
4 | قسمت منبع حرارت را پیدا کنید . از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی P 0 ، Qf را تایپ کنید . |
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Exterior Radiation را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، h0 را تایپ کنید . |
6 | از لیست T ext ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
تابش سطح به سطح (RAD)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Surface-to-Surface Radiation (rad) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تابش سطح به سطح ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Radiation را انتخاب کنید . |
سطح پراکنده 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation (rad) روی Diffuse Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پخش ، بخش Ambient را پیدا کنید . |
3 | از لیست T amb ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
به طور پیش فرض، جهت تابش توسط کدورت دامنه ها کنترل می شود. قطعات جامد به طور خودکار به عنوان مات تعریف می شوند در حالی که قطعات مایع شفاف هستند. می توانید این تنظیم را با استفاده از ویژگی Opacity در رابط تابش سطح به سطح تغییر دهید . برای این مدل تنظیمات پیش فرض اعمال می شود.
MULTIPHYSICS را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Multiphysics بروید . |
3 | زیربخش Select the physics interfaces you want to coupled را پیدا کنید . در جدول، تیک Couple را برای جریان لایه (spf) پاک کنید . |
4 | در درخت، Heat Transfer>Radiation>Heat Transfer with Surface-to-Surface Radiation را انتخاب کنید . |
5 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
مواد
شیشه (مرزها)
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Glass (Boundaries) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Selection ، Glass Boundaries را انتخاب کنید . |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
انتشار سطحی | epsilon_rad | eps_glass | 1 | پایه ای |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Material Library>Elements>Argon>Argon [gas] را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
مواد
آرگون [گاز] (mat5)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، آرگون را انتخاب کنید . |
همانطور که می بینید، COMSOL Multiphysics در مورد ویژگی های مورد نیاز که هنوز تعریف نشده اند هشدار می دهد. اینها را به صورت زیر تعریف کنید.
3 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
تراکم | rho | ht.pA*Mw_a/(R_const*T) | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، Fine را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی زمان خروجی ، range(0,0.1,1) range(1.5,0.5,20) range(21,3,300) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، ![]() |
نتایج
دما، سه بعدی (ht)
اولین نمودار سه بعدی پیش فرض دما را در انتهای بازه شبیه سازی نشان می دهد ( شکل 4 ). به میدان دما در زمانهای مختلف نگاه کنید و سری نمودارهای حاصل را با نمودارهای شکل 2 مقایسه کنید .
1 | ![]() |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست زمان (ها) ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما، سه بعدی (ht) ، روی ![]() |
با پانل سمت چپ در شکل 2 مقایسه کنید .
5 | از لیست زمان (ها) ، 6 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار دما، سه بعدی (ht) ، روی ![]() |
با پانل میانی در شکل 2 مقایسه کنید .
7 | از لیست زمان (ها) ، 10 را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار دما، سه بعدی (ht) ، روی ![]() |
با پانل سمت راست در شکل 2 مقایسه کنید .
فشار (SPF)
این نمودار پیش فرض، میدان فشار را در یک نمودار کانتور دو بعدی نشان می دهد. واحد را به صورت زیر به kPa تغییر دهید.
کانتور
1 | در پنجره Model Builder ، گره Pressure (spf) را گسترش دهید ، سپس روی Contour کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، kPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار فشار (spf) ، روی ![]() |
سرعت، سه بعدی (spf)
این نمودار پیشفرض، بزرگی سرعت را در یک نمودار سهبعدی نشان میدهد که با چرخش مجموعه داده متقارن محوری دوبعدی، در انتهای بازه شبیهسازی به دست میآید. اکنون به بازتولید نمودارهای میدان سرعت در شکل 3 ادامه دهید .
سطح
از آنجایی که بزرگی سرعت یک عبارت درجه دوم در متغیرهای سرعت پایه است، نسبت به نمودار دما صاف تر به نظر می رسد. با تنظیم تنظیمات کیفیت می توانید به راحتی وضعیت را اصلاح کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity، 3D (spf) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی قسمت Quality کلیک کنید . |
3 | از لیست Resolution ، Fine را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity، 3D (spf) ، روی ![]() |
سرعت، سه بعدی (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity, 3D (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست زمان (ها) ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity، 3D (spf) ، روی ![]() |
با پانل سمت چپ در شکل 3 مقایسه کنید .
5 | از لیست زمان (ها) ، 6 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity، 3D (spf) ، روی ![]() |
با پانل میانی در شکل 3 مقایسه کنید .
7 | از لیست زمان (ها) ، 10 را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Velocity، 3D (spf) ، روی ![]() |
با پانل سمت راست در شکل 3 مقایسه کنید .
برای تجسم گرم شدن سطح لامپ در طول زمان با ترسیم دما در نقطه ای در همان سطح عمودی رشته، مراحل زیر را دنبال کنید.
برش نقطه 2 بعدی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Point 2D ، بخش Point Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r ، 26 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z ، 1 را تایپ کنید . |
دما در مقابل زمان
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دما در مقابل زمان را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Temperature vs. Time کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Point 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار دما در مقابل زمان ، روی ![]() |
در نهایت، شار گرمای تابشی از لامپ را مطالعه کنید. ابتدا شار گرمای تابشی را در مقابل مختصات عمودی، z رسم کنید .
شار حرارتی تشعشعی در امتداد Z-Coordinate
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، شار حرارتی تشعشعی در امتداد z-Coordinate را در قسمت نوشتاری برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در نوار ابزار Radiative Heat Flux Along z-Coordinate ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Exterior Radiation را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation>Radiative Heat flux>rad.rflux – Radiative heat flux – W/m² را انتخاب کنید . |
5 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش x-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Geometry>Coordinate>z – z-coordinate را انتخاب کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، cm را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار Radiative Heat Flux Along z-Coordinate ، روی ![]() |
شما می توانید به راحتی کل شار گرمای تابشی لامپ را در حالت ثابت به صورت زیر محاسبه کنید.
یکپارچه سازی خط 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Exterior Radiation را انتخاب کنید . |
5 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation>Radiative Heat flux>rad.rflux – Radiative heat flux – W/m² را انتخاب کنید . |
6 | ![]() |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
نتیجه باید نزدیک به 45 وات باشد.
دستورالعمل مدلسازی هندسه
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 تنظیم کنید تا شکل بیرونی لامپ را به دست آورید.
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1>Composite Curve 1 (cc1) را گسترش دهید ، سپس روی Polygon 1 (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 مرکب ، ویژگیهای مجاور بهطور خودکار بهروزرسانی میشوند تا نقطه شروع و پایان لبههای مجاور را همزمان نگه دارند.
Cubic Bézier 1 (cb1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Cubic Bézier 1 (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 1 (ca1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای قوس دایره ای ، قسمت مرکز را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r 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 | ![]() |
منحنی مرکب 1 (cc1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Composite Curve 1 (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 ![]() |
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.
منحنی مرکب 2 (cc2)

از ابزارهای طراحی به ترتیب زیر استفاده کنید:
1 | در پنجره Model Builder ، روی Composite Curve 2 (cc2) کلیک کنید . |
2 | 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. |
3 | با چند ضلعی Cubic Bézier ادامه دهید. سعی کنید شکل بیرونی را دنبال کنید. |
4 | یک کمان دایره ای اضافه کنید که به خط مرکزی ختم می شود. |
5 | یک چند ضلعی را در امتداد خط مرکزی به سمت بالا بکشید تا تقریباً نیمی از هندسه بالا باشد. |
6 | با یک قوس دایره ای که از خط مرکزی منحنی می کند، ادامه دهید. |
7 | از ابزار Polygon برای کشیدن لبه ای که به سمت خط مرکزی متمایل می شود، استفاده کنید . |
8 | 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. |
9 | 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. |
10 | با استفاده از ابزار Polygon شکل را با یک لبه عمودی ببندید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
به ویرایش ویژگی های داخل منحنی مرکب 2 ادامه دهید .
1 | در پنجره Model Builder ، گره Composite Curve 2 (cc2) را گسترش دهید ، سپس روی Polygon 1 (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 1 (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 2 (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 2 (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 3 (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 3 (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 1 (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 r 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 r 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 2 (cc2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منحنی ترکیبی ، روی Build Selected کلیک کنید . ![]() ![]() |
3 | در پنجره Model Builder ، روی Composite Curve 2 (cc2) کلیک کنید . |
4 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
5 | از فهرست نمایش در فیزیک ، خاموش را انتخاب کنید . |
تنگستن
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
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 | ![]() ![]() |
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 ![]() |
9 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
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 ، ![]() ![]() |
3 | در درخت، منحنی ترکیبی 1 را انتخاب کنید . ![]() |
4 | در درخت، منحنی ترکیبی 2 را انتخاب کنید . ![]() |
5 | 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 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 1 (comp1)>Geometry 1 روی Form Union (fin) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Form Union/Assembly ، روی ![]() |
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 ، ![]() ![]() |
4 | 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.
شیشه
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
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 ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب مجاور ، Glass Boundaries را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا 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 ![]() |
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 ![]() |
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 خارجی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
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 ![]() |
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 . ![]() |
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 . ![]() ![]() |