نمودارهای سطحی، حجمی و خطی: تجسم نتایج در یک هیت سینک

ترسیم نتایج شبیه‌سازی بصری بر روی هندسه مدل یک راه عالی برای آشکار کردن فیزیک گاهی مرموز است که در پشت صحنه در یک دستگاه اتفاق می‌افتد. مانند یادگیری یک زبان، دانستن نحوه استفاده از ابزارهای پس پردازش به طراحان کمک می کند تا طرح ها و فرآیندهای خود را به طور کامل تر بررسی و درک کنند. نمودارهای سطحی، حجمی و خطی سه مورد از رایج ترین انواع نمودارها هستند که در پس پردازش استفاده می شوند و برای بسیاری از شبیه سازی ها قابل استفاده هستند.

نشان دادن سه نوع طرح در مولتیفیزیک COMSOL

برای نشان دادن این سه نوع نمودار، از مثالی از یک هیت سینک آلومینیومی استفاده می کنم که اغلب برای خنک کردن اجزای مدار الکتریکی استفاده می شود. اگر ماژول انتقال حرارت یا ماژول CFD دارید، این مدل از کتابخانه‌های مدل Multiphysics COMSOL در دسترس است.

هیت سینک از آلومینیوم ساخته شده است، به شکل دسته ای از ستون ها برای خنک کردن، و بر روی صفحه شیشه ای سیلیکا نصب شده است. در تنظیم مدل، داخل یک کانال مستطیلی با ورودی و خروجی برای جریان هوا قرار می گیرد. پایه هیت سینک در ابتدا 1 وات شار حرارتی را تجربه می کند که توسط یک منبع حرارت خارجی تولید می شود.

نمودارهای سطح، حجم و خط روی یک هیت سینک.

این مدل شامل اثرات جریان حرارتی و سیال جفت شده برای تجزیه و تحلیل گرادیان دما و قدرت خنک‌کننده، ناشی از هدایت حرارتی و همرفت است.

پلات های سطحی

از برخی جهات، استفاده از سطوح برای نشان دادن تنظیمات نمودار در COMSOL Multiphysics آسان‌ترین (بصری) است. نمودارهای سطحی برای نشان دادن مقادیر نتایج در مرزهای هندسه مدل استفاده می شود. آنها را می توان با کلیک راست روی گره Results در Model Builder یا با استفاده از برگه Results در نوار اضافه کرد.

تصویری که برگه نتایج را نشان می دهد.

ابتدا یک گروه طرح سه بعدی اضافه می کنم و سپس یک نمودار سطحی به آن اضافه می کنم. (وقتی یک گروه طرح سه بعدی را از روبان اضافه می کنید، یک برگه جدید به نام 3D Plot Group 1 ظاهر می شود و می توانید علاوه بر استفاده از Model Builder، نمودارهای سطح، خط و حجم را از آنجا اضافه کنید.)

گزینه های کشویی در COMSOL Multiphysics.

افزودن نمودار سطحی به طور خودکار نموداری را ایجاد می کند که دما را در هر مرز در هندسه نشان می دهد. با این حال، اگر من به سادگی یک نمودار سطحی ایجاد کنم، چیزی شبیه به این خواهد بود:

تصویر طرح سطح.

این به این دلیل است که دامنه هوایی دید ما را مسدود می کند. برای اینکه واقعاً هیت سینک را در داخل ببینم، باید برخی از موجودات را پنهان کنم. در Model Builder، Component 1 > Definitions > View را گسترش دهید . گره View جایی است که می توانید مرزها، لبه ها یا کل دامنه ها را پنهان کنید و نور صحنه مدل خود را کنترل کنید. (برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد استفاده از گره View، به پست وبلاگ من در مورد پنجره گرافیکی نگاهی بیندازید .)

اکنون، روی گره View کلیک راست کرده و Hide Geometric Entities را انتخاب می کنم . سطح موجودیت هندسی را روی Boundary تنظیم می کنم . سپس، چهره‌های کانالی را انتخاب می‌کنم که دید ما را نسبت به هیت سینک مسدود می‌کنند (مرزهای 1، 2، و 4). اگر مدل را دنبال می کنید، ممکن است مرز 121 را نیز انتخاب کنید که ورودی کانال است.

برگه انتخاب موجودیت هندسی.

مرزها با کلیک به رنگ بنفش در می آیند که نشان می دهد آنها انتخاب شده اند.

انتخاب مرز برجسته شده است.

حالا، اگر به گروه طرح برگردم، می‌توانیم کل هیت سینک را ببینیم:

کل هیت سینک.

توجه داشته باشید که انتخاب مرزها در یک نمودار – از جهاتی شبیه به پنهان کردن موجودیت‌های هندسی – به شما امکان می‌دهد نتایج را فقط روی مرزهایی که انتخاب کرده‌اید نشان دهید. این کار با ایجاد یک راه حل در زیر گره Data Sets انجام می شود: روی Data Sets کلیک راست کرده و “Solution” را انتخاب کنید، سپس روی گره Solution راست کلیک کرده و “Add Selection” را انتخاب کنید. این انتخاب مانند مخفی کردن موجودیت ها عمل می کند. سطح موجودیت هندسی را روی نوع صحیح تنظیم کنید و مرزها (یا لبه‌ها یا دامنه‌های) مورد نظر خود را انتخاب کنید. هنگامی که یک نمودار جدید ایجاد می کنید، مطمئن شوید که این راه حل را به عنوان مجموعه داده انتخاب کنید.

تنظیمات رنگ و سبک کنترل ظاهر نمودارهای نتایج را آسان می کند. به عنوان مثال، در اینجا من جدول رنگ را به ThermalLight تغییر دادم :

گزینه رنگ آمیزی و سبک.

نور حرارتی نشان داده شده است.

همچنین می‌توانید با کشیدن لغزنده‌ها در زیر تب Range ، محدوده رنگ و داده‌ها را کنترل کنید . این دو گزینه به شما این امکان را می دهند که نتایج را تنها در یک بازه زمانی خاص تجسم کنید.

با تنظیم محدوده رنگی، رنگ‌هایی که حداکثر و حداقل دما را نشان می‌دهند (به ترتیب سفید و قرمز تیره) با حداکثر و حداقل دماهای انتخابی هماهنگ می‌کنند. به عنوان مثال، در نمودار زیر، من محدوده رنگ را حداقل روی 320 تنظیم کرده ام (دما بر حسب کلوین است). این برای مواردی مفید است که شما فقط نگران نتایج در یک بازه زمانی خاص هستید – بنابراین در این مورد، من فقط می‌خواهم یک گرادیان را در مناطقی از هیت سینک که گرمتر از 320 K هستند ببینم:

تب محدوده رنگ.

تصویری که محدوده رنگی را نشان می دهد.

محدوده داده دستی چیزی کمی متفاوت را کنترل می کند. به جای تغییر رنگ نشان داده شده برای یک محدوده داده خاص، این فقط فاصله زمانی تعیین شده توسط حداکثر و حداقل را ترسیم می کند. افزایش حداقل یا کاهش حداکثر در واقع نقاط داده را از نمودار حذف می کند:

گزینه محدوده داده

شکل محدوده داده های دستی.

یکی دیگر از ویژگی‌های جالب زبانه رنگ‌آمیزی و سبک ، چک باکس زیر گره اصلی ( گروه سه‌بعدی Plot 1 ) با برچسب Plot edges مجموعه داده است . برداشتن تیک آن باعث می شود که نمودار خطوط سیاه لبه های هندسه را حذف کند. این ساده ترین حالت در طرح با محدوده رنگی تغییر یافته است، در زیر:

تصویر بدون لبه داده

طرح های خط و حجم

نمودارهای خط و حجم را می توان به همان روشی که در مثال قبلی با کلیک راست روی گره Results یا استفاده از نوار، یک نمودار سطحی اضافه کردم اضافه کرد. بعد، یک گروه طرح سه بعدی جدید با طرح خطی اضافه می کنم. با استفاده مجدد از گره View، این بار برای مخفی کردن لبه های کانال. من فقط لبه های هیت سینک را رسم کرده ام. این نمودار تغییر دما را در لبه‌های جداگانه نشان می‌دهد و به ما امکان می‌دهد به وضوح ببینیم که چگونه دما در طول ارتفاع ستون‌ها تغییر می‌کند:

شکلی که تغییر دما را در امتداد ستون ها نشان می دهد.

توجه: همه نمونه‌های نشان‌داده‌شده از گروه‌های طرح سه بعدی استفاده می‌کنند، اما در دوبعدی نیز معادلی دارند. به عنوان مثال، در یک گروه طرح دو بعدی، از این نوع نمودار برای نشان دادن دما در لبه هایی که در یک صفحه خاص قرار دارند استفاده می شود.

به همین ترتیب، نمودار حجمی تغییر یک متغیر را در کل دامنه سه بعدی نشان می دهد. نمودارهای حجمی اغلب می توانند شما را از مشکل انتخاب بسیاری از مرزهای فردی نجات دهند، راهی که ممکن است برای یک نمودار سطحی به آن نیاز داشته باشید. برای مثال، اگر می‌خواستم فقط هیت سینک را ببینم، می‌توانم با استفاده از مجموعه داده‌ای که تمام مرزهای هیت سینک را در بر می‌گیرد، یک نمودار سطحی ایجاد کنم. اما در شکل زیر دما را بر روی حجم دامنه هیت سینک (به استثنای دامنه کانال) رسم کرده ام و می توانیم گرادیان دما را ببینیم:

طرح حجمی گرادیان دما را برجسته می کند.

منتظر تکنیک های پس پردازش بیشتر باشید

این برای بررسی انواع طرح‌ها و نحوه کنترل رنگ‌آمیزی و سبک آنهاست! امیدواریم این نمایش به شما کمک کند تا پس از پردازش موثری را شروع کنید. اینها تنها تعدادی از انواع طرح‌های موجود در COMSOL Multiphysics هستند – منتظر پست‌های بعدی باشید که سایر تکنیک‌های نمودار را نشان می‌دهند، مانند فلش‌ها، خطوط ساده، خطوط خطوط و برخی از انواع خاص برنامه. ما همچنین استفاده از نمودارهای خط برش را نشان خواهیم داد، که به شما امکان می دهد هر مقدار را در امتداد یک خط دلخواه از طریق مدل رسم کنید.