Обновления модуля Трассировка частиц

Основными нововведениями модуля Трассировка частиц в COMSOL Multiphysics® версии 5.2a являются новая формулировка, улучшения в графике траекторий частиц, новые варианты турбулентной дисперсии и т.д. Более подробное описание изменений в модуле Трассировка частиц представлено ниже.

Формулировка Ньютона первого порядка

Формулировка Ньютона первого порядка была добавлена в список формулировок (Formulation) окна настроек всех интерфейсов модуля Трассировка частиц. В отличие от формулировки Ньютона второго порядка, определяющей уравнения второго порядка для компонентов вектора положения каждой частицы, формулировка Ньютона первого порядка определяет связанные уравнения первого порядка для компонентов векторов положения и ускорения частицы.

Формулировка Ньютона первого порядка включает те же самые физические характеристики, что и формулировка второго порядка, однако ее проще объединить с методами, использующими явную дискретизацию по времени. При выборе формулировки Ньютона первого порядка в качестве стандартного метода дискретизации по времени используется не типовой неявный метод второго порядка, а метод Рунге – Кутты высокого порядка, что приводит к увеличению скорости решения определенных нежестких задач.

Улучшения в графике Particle Trajectories (Траектории частиц)

Теперь вы можете автоматически сохранять траектории частиц на дополнительных моментах времени, близких к моменту взаимодействия частицы со стенкой. Обычно выбор данных моментов происходит автоматически, они должны быть как можно ближе к моменту взаимодействия частиц с границами, что позволяет более подробно описывать взаимодействие частиц со стенкой во время постобработки. Установите флажок Store extra time steps for wall interactions (Сохранять дополнительные временные шаги для взаимодействий со стенкой) для автоматического сохранения указанного количества шагов в дополнение к тем, что вы задали в настройках исследования.

Траектория отдельной частицы, отскакивающей под воздействием силы притяжения; при сохранении дополнительных временных шагов точное положение каждого отскока на графике Particle Trajectories  (Траектории частиц) гораздо заметнее. Траектория отдельной частицы, отскакивающей под воздействием силы притяжения; при сохранении дополнительных временных шагов точное положение каждого отскока на графике Particle Trajectories (Траектории частиц) гораздо заметнее.
Траектория отдельной частицы, отскакивающей под воздействием силы притяжения; при сохранении дополнительных временных шагов точное положение каждого отскока на графике Particle Trajectories (Траектории частиц) гораздо заметнее.

Улучшения инструмента Particle Beam (Пучок частиц)

Функционал инструмента Particle Beam (Пучок частиц) был расширен с помощью новых опций, более не зависящих от сетки.

  • В элементе Sampling from phase space ellipse (Выборка из эллипса фазового пространства) опция Uniform (Равномерно) была переименована в KV. Кроме того, было немного изменен закон распределения в фазового пространстве — при пересчете решения в нем могут появиться некоторые небольшие изменения.
  • Доступны две новых опции для элемента Sampling from phase space ellipse (Выборка из эллипса фазового пространства): Waterbag (Пятно) и Parabolic (Параболическая). Данные функции распределения предлагают иную загрузку частиц в фазовом пространстве (см. ниже).
  • Новые опции для элемента Longitudinal velocity distribution (Распределение продольных скоростей): None (Нет), Normal (Нормально), Uniform (Равномерно) и List of values (Список значений). Опции Normal, Uniform и List of values способны выпускать множество частиц с распределением по продольным скоростям в каждой точке выпуска.

Новые опции для элемента Sampling from phase space ellipse (Выборка из эллипса фазового пространства)

Опция выборки Ориентация Характеристики скорости Визуальное представление
Waterbag (Пятно) Вертикально Параметры Твисса
Parabolic (Параболическая) Вертикально Параметры Твисса
Waterbag (Пятно) Не вертикально Параметры Твисса
Parabolic (Параболическая) Не вертикально Параметры Твисса
Waterbag (Пятно) Вертикально Размеры эллипса
Parabolic (Параболическая) Вертикально Размеры эллипса
Waterbag (Пятно) Не вертикально Размеры эллипса
Parabolic (Параболическая) Не вертикально Размеры эллипса

Новые опции для турбулентной дисперсии

Опция применения условия турбулентной дисперсии к инструменту Drag Force (Сила сопротивления) была переработана. Флажок Turbulent dispersion (Турбулентная дисперсия) был заменен списком Turbulent dispersion model (Модель турбулентной дисперсии). В дополнение к модели Discrete random walk (Дискретное случайное блуждание), которая повторяет условие турбулентной дисперсии, вы можете выбрать модель Discrete random walk, variable time step (Дискретное случайное блуждание, переменный временной шаг), которая оценивает продолжительность жизни турбулентного завихрения и использует это значение для управления рассеиванием на основе случайных чисел в условии турбулентной дисперсии. Если временной шаг, используемый решателем, достаточно мал, это обычно приводит к более точным турбулентным флуктуациям. Также вы можете выбрать Continuous random walk (Непрерывное случайное блуждание) для вычисления изменений скорости каждой частицы вследствие турбулентной дисперсии путем интегрирования уравнения Ланжевена.

 
Эрозия колена трубопровода: частицы осадка соударяются со стенкой колена трубы. Налетающие частицы рассеиваются в результате турбулентной дисперсии в среде. Цветовая окраска стенки пропорциональна степени износа в результате эрозии, вызванной ударяющимися частицами.

Новые инструменты для моделирования схода и дробления капель жидкости

Теперь вы можете моделировать частицы в виде капель жидкости, которые могут дробиться под воздействием внешних сил. Новый инструмент Droplet Breakup (Дробление капли) включает две встроенные модели дробления: модель Кельвина – Гельмгольца и модель Рэлея – Тейлора, которые соответствуют двум различным физическим механизмам дробления капель на более мелкие дочерние капли.

Кроме того, вы можете использовать новый инструмент Nozzle (Сопло) для выпуска струи капель жидкости в область моделирования. Угол струи можно задать как непосредственно, так и с использованием встроенного уравнения на основе неустойчивостей Кельвина – Гельмгольца. Следует помнить, что для использования инструмента Nozzle необходимо сначала установить флажки Compute particle mass (Вычислять массу частицы) и Enable macroparticles (Разрешить макрочастицы) в узле интерфейса Particle Tracing for Fluid Flow (Трассировка частиц для потока жидкости).

 
Струя капель в поперечном потоке рассеивается в результате комбинированного воздействия эффектов дробления капель и турбулентности.

Реструктуризованное контекстное меню Particle Tracing for Fluid Flow (Трассировка частиц для потока жидкости)

Структура контекстного меню интерфейса Particle Tracing for Fluid Flow (Трассировка частиц для потока жидкости) была реорганизована для улучшения восприятия. Все силы теперь включены в отдельное подменю Forces (Силы). Аналогичным образом при установке флажка Compute particle temperature (Вычислять температуру частицы) все источники нагрева включаются в отдельное подменю Thermal (Тепловые характеристики).