COMSOL Multiphysics® 5.3

Release Highlights

Heat Transfer Module Updates

Heat Transfer Module 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 버전 5.3에는 대기 중 열 및 습기 전달을 모델링하는 새로운 기능, 주파수 영역에서 열전달을 모델링하는 새로운 솔버 및 특정 형상을 보다 쉽게 생성 할 수 있는 히트싱크(heat sink) 기하 구조 부품이 포함됩니다. 이러한 열전달 기능들에 대해 아래에서 자세히 알아보십시오.

Heat and Moisture Transport

COMSOL Multiphysics® 버전 5.3에는 대기 중 열 및 습기 전달 모델링을 확장하는 몇 가지 기능이 포함되어 있습니다. Moist Air 기능은 Heat Transfer in Moist Air 및 Moisture Transport 인터페이스에서 사용 가능합니다. 이 기능은 공기 중의 대류 및 확산에 의한 수분 운반은 물론 난류 습기 대류를 고려해야 할 때 와류 확산으로 인한 난류 혼합을 처리합니다. 이 두 개의 인터페이스는 Heat and Moisture 멀티피직스 기능을 사용하여 결합할 수 있습니다. 이 경우 건축 자재가 정의된 영역에서 공기 중 습기 및 열 수송이 자동으로 결합됩니다.
수분 응축과 표면의 증발은 대기 중 수분 이동을 시뮬레이션하는 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 메커니즘은 증기와 물의 물질 균형 및 잠열로 인한 에너지 균형에도 크게 영향을 미칩니다. 이러한 것은 Wet surface 및 Moist surface 경계 조건을 사용하여 계산하기가 더 쉬워졌습니다.

따뜻하고 건조한 기류로 인해 유리잔에서 물이 증발하는 모델링은 열 및 습기 이송을 위해 사전 정의된 기능을 사용하여 크게 단순화됩니다.

따뜻하고 건조한 기류로 인해 유리잔에서 물이 증발하는 모델링은 열 및 습기 이송을 위해 사전 정의된 기능을 사용하여 크게 단순화됩니다.


Application Library path for an example using the new features for heat and moisture transport:

Heat_Transfer_Module/Phase_Change_/evaporative_cooling

Heat Transfer in the Frequency Domain

주어진 주파수에서 주기적인 정현파 열 부하가 가해질 때, 몸체의 온도 반응도 주기적 정현파 특징을 띄고, 평형 온도 주변의 동일한 주파수로 가정할 수 있습니다. 이 과도 주기 문제는 주파수 영역에서 등가의 선형 정상 상태 문제로 대체될 수 있으며, 계산 비용이 훨씬 적습니다.
열전달 인터페이스는 이제 평형 상태 주변의 고조파 온도 변화를 계산하는 Frequency-Domain Perturbation 솔버를 지원합니다. 또한 고조파 변화를 처리하기 위해 Temperature 기능 아래에 Harmonic Perturbation 하위 기능을 추가할 수 있습니다. Harmonic Perturbation 옵션을 선택하면 Heat Source 및 Boundary Heat Source 기능이 섭동 부하로 작용할 수도 있습니다.

스크린샷 보기

Geometry Parts for Heat Sinks


장치를 냉각시키는 고전적인 방법은 히트싱크를 부착하는 것입니다. 이 히트싱크는 냉각 기능을 향상시키기 위해 팬과 결합되는 경우가 있습니다. Heat Transfer Module의 Part Library에는 이제 핀 핀(pin fins), 직선 핀 또는 보더에 서로 다른 치수의 핀 핀이 있는 히트싱크에 대해 다른 매개 변수가 있는 기하 부품이 포함됩니다. 이 새로운 부품으로 모든 모델에 대한 히트싱크를 쉽게 생성할 수 있습니다.

그림설명

Heat Transfer Module의 Part Library에서 히트싱크 부품을 선택합니다. 여기에는 냉각 핀이 있는 히트싱크가 선택됩니다.


Application Library path for an example that uses a part from the Heat Transfer Module’s Part Library:

Heat_Transfer_Module/Tutorials/Forced_and_Natural_Convection/chip_cooling

Building and Refrigerant Materials


Heat Transfer Module과 함께 제공되는 Building Material Library는 건물에서 일반적으로 사용되는 재료의 전형적인 흡습성 및 열적 특성을 제공합니다. 이러한 재료는 건축 자재에 대한 현실적인 재료 특성을 사용하여 열 및 습기 모델을 신속하게 설정할 수 있게 합니다 (이미지 참조). 재료 특성에는 열용량, 열전도도, 밀도, 수분 함량, 증기 투과성 등이 포함됩니다. 또한, Liquid and Gases 소재 데이터베이스에는 R-134A 및 R-22의 두 가지 새로운 냉매 재료가 추가되었습니다.

스크린샷 보기

스크린샷 보기

Irreversible Transformation in Solids

물질이 고온 또는 저온에 노출되면 그 조성이 비가역적으로 변형될 수 있습니다. 이 변환 에너지의 일부는 물질 변화 또는 화학 반응의 결과로서 소비되거나 방출될 수 있습니다. Solid domain노드에서 사용할 수 있는 Irreversible Transformation 속성은 열적으로 유도되고 비가역적 변환을 모델링 하기 위해 정의됩니다. 이 기능은 변형을 설명하기 위해 온도 임계 값 또는 에너지 흡수 모델을 구현합니다. 그런 다음 변환 과정에서 열 발생 또는 손실은 엔탈피 변화를 정의함으로써 에너지 균형에서 설명 될 수 있습니다. 마지막으로 변환 된 상태에 대해 다른 열 특성을 정의할 수 있습니다.


스크린샷 보기

Serendipity Elements for Heat Transfer

유한 요소 법을 사용할 때 요소 선택은 시뮬레이션의 정확성과 성능에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 세렌디피티(Serendipity) 요소는 이제 대체 (세렌디피티) 형상 함수를 포함하는 열전달 응용을 위해 도입되었습니다. 즉, 요소의 주어진 오더에 대해 세렌디피티 형상 함수는 등가 Lagrange 형상 함수보다 적은 계산 자원을 필요로 합니다. Lagrange 형상 함수는 일반적으로 세렌디피티 형상 함수보다 정확합니다. 두 함수는 사면체와 삼각형 메시에서 동일합니다.


스크린샷 보기

Symmetrical Surface-to-Surface Radiation Using Two or Three Perpendicular Planes

Surface-to-Surface Radiation 또는 Heat Transfer with Surface-to-Surface Radiation 인터페이스를사용하는 경우 2D 대칭 및 3D 모델에서 사용할 수 있는 새로운 옵션인 Symmetry for Surface-to-Surface Radiation 글로벌 기능에 포함되어 있습니다. 이 새로운 기능은 메시 크기를 줄이고 더 적은 계산 리소스를 사용 하기 위해 여러 대칭 평면을 활용하는 데 이용할 수 있습니다. 2D 모델에서는 두 개의 수직면을 정의할 수 있습니다. 3D에서는 두 축 중 하나에 평행한 교차점 또는 축에 평행한 세 수직면을 정의한 두 개의 직교 평면을 정의할 수 있습니다.

또한, Symmetry for Surface-to-Surface Radiation 글로벌 기능에서 형상과 함께 그래픽 창에서 대칭 평면을 시각화할 수 있습니다. 이것은 모든 대칭 유형에 대해 평면을 정의할 때 더 쉽게 하기 위한 것입니다. 그래픽 창에서 평면을 표시하거나 숨길 수 있는 확인란을 사용할 수 있습니다.

symmetry유형에 대해서 Two perpendicular planes of symmetry옵션이 선택된 Symmetry for Surface-to-Surface Radiation 기능에 대한 사용자 인터페이스.

symmetry유형에 대해서 Two perpendicular planes of symmetry옵션이 선택된 Symmetry for Surface-to-Surface Radiation 기능에 대한 사용자 인터페이스.


New Correlations for Cylinder and Sphere in External Flow

대부분의 대류 냉각 시뮬레이션의 경우 주변 유체의 열 전달을 유속과 함께 계산해야 합니다. 그러나 연구를 통해 대류에 대한 열 전달 계수가 알려져 있을 때 경계에서 열전달 계수와 함께 솔리드 도메인에 대한 열전달만 계산해서 낮은 계산비용으로 우수한 정확도를 얼을 수 있습니다.
이 기능은 이전 버전의 COMSOL® 소프트웨어에서 Convective heat flux 특성을 선택한 경우 Heat flux에서 Plate, averaged transfer coefficient 또는 Plate, local transfer coefficient 옵션을 선택할 때 사용할 수 있습니다. 이제 External forced convection 드롭-다운 메뉴에서 열전달 계수를 정의할 때 Cylinder in cross flow 및 Sphere 에 대한 두 가지 기능을 사용할 수 있습니다.


스크린샷 보기

Diffuse and Direct Solar Radiation in Surface-to-Surface Radiation Models

표면 대 표면 복사 모델에서 Diffuse Surface 및 Diffuse Mirror 기능을 사용할 때 이제는 산란일조량(diffuse solar irradiation)을 고려할 수 있습니다. 이러한 기능의 설정 창에 있는 Ambient 부분에서 Include diffuse irradiation 포함을 선택했을 때 Clear sky noon diffuse horizontal irradiation 옵션을 선택할 수 있습니다. 이 기여는 External Radiation Source 기능 및 Clear sky noon beam normal irradiance 옵션에 의해 정의된 직접 태양 복사(표면에 직접 닿는 태양 광선)에 추가됩니다. 두 가지 일사량 특성은 물리 인터페이스의 Ambient Setting 부분에서 정의됩니다.

스크린샷 보기

Automatic Temperature Difference When Evaluating the Equivalent Conductivity for Convection

레일리(Rayleigh) 수에서 Horizontal cavity heated from below 및 Vertical rectangular cavity 옵션에 대한 너셀(Nusselt) 상관관계를 선택할 때, 온도차를 계산하기 위한 새로운 Automatic 옵션을 열 전달 인터페이스의 Fluid 설정의 Equivalent Conductivity for Convection 부분에서 제공합니다. 소프트웨어는 도메인 경계의 최대 온도와 최소 온도의 차이를 찾아 온도 차이를 자동으로 결정합니다.


스크린샷 보기

Time-Dependent Term in the Thin Layer Feature

Thin Layer 기능의 Thermally thick approximation 기능은 이제 과도 에너지 저장을 모델링 하는 과도 항을 나타냅니다. Layer density 및 Layer heat capacity에 대한 추가 재료 속성은 과도 항에 대한 Thermodynamics 부분에서 정의해야 합니다. 이 기능은 얇은 층의 열용량이 주변 재료보다 클 때 모델의 정확도를 향상 시킵니다.


스크린샷 보기

Thin Film and Thin Layered Shell Extended Capabilities

Thin Film 및 Thin Layered Shell 기능에는 이전에는 Heat Transfer in Solid 인터페이스에서만 사용할 수 있었던 새로운 기능이 추가되었습니다. 기본적으로 Heat Source 하위 기능뿐만 아니라 Thin Film Settings 창에서 Thin film model을 선택하여 사용할 수 있는 External Temperature 하위 기능을 제공합니다. Heat Transfer in Thin Shell 인터페이스의 Thin Film 기능은 Upside 및 Downside 온도를 설정하는 추가옵션을 External Temperature 하위 기능에서 제공합니다. 동일한 인터페이스의 Thin Layered Shell 기능에는 Upside 및 Downside 온도를 포함한 Heat Source 및 External Temperature 하위 기능이 모두 포함되어 있습니다.

쉘의 각 측면에서 외부 온도를 제어하기 위한 External Temperature 기능 설정 창

쉘의 각 측면에서 외부 온도를 제어하기 위한 External Temperature 기능 설정 창


Improvements for Ambient Data

Ambient data 에 대한 세가지 새로운 개선 사항이 있습니다. External Radiation Source에 대한 사용자 인터페이스가 Ambient Settings 기능과 동기화되었습니다. 또한 Temperature definition 설정에서 From prescribed temperature로 설정되면 Isothermal Domain 기능에서 Ambient temperature를 입력하는 기능이 추가되었습니다. 마지막으로, 모든 Ambient data 변수가 이제 전역 변수로 사용 가능하며 후처리 목적을 위해 전체적인 평가에 사용될 수 있습니다.

스크린샷 보기

New Tutorial Model: Electronic Chip Cooling

새로운 튜토리얼 모델은 Part Library에 있는 히트싱크 형상을 사용합니다. 이 튜토리얼은 전자 칩의 냉각을 연구할 때 열 전달 모델링에 대한 다양한 접근법을 보여줍니다. 첫 번째 부분에서는 솔리드 부분만 모델링되고 대류 공기 흐름은 Convective Heat Flux 경계 조건을 사용하여 모델링 됩니다. 두 번째 부분에서 모델은 비등온성을 가정한 유체의 연동된 온도와 속도를 계산하기 위해 유동 채널을 위한 유체 도메인을 포함하도록 확장됩니다. 마지막 부분에서는 표면 대 표면 복사를 고려해서 결과에 얼마나 기여하는지를 확인합니다.

칩에 부착된 히트싱크의 온도분포

칩에 부착된 히트싱크의 온도분포

Application Library path:

Heat_Transfer_Module/Tutorials/Forced_and_Natural_Convection/chip_cooling