如何學(xué)習(xí) COMSOL Multiphysics？Gang Wang 2015年 9月 4日COMSOL Multiphysics 給大家提供了一個方便易用的多物理場耦合仿真平臺，這是一個支持多種語言的圖形化操作界面，其中包括簡體中文。軟件提供大量的用于電氣、機(jī)械、流體流動和化工等應(yīng)用領(lǐng)域的物理場接口，可以無縫地耦合任意數(shù)量的模塊來處理極具挑戰(zhàn)性的多物理場應(yīng)用。大家不禁要問，這樣一款功能強(qiáng)大、界面友好的工具，我怎樣才能快速上手？怎樣才能用 COMSOL 來解決自己的問題呢？本文介紹一些學(xué)習(xí)方法和資源，希望能夠幫助大家循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)使用 COMSOL 多物理場仿真軟件。準(zhǔn)備階段：打好基礎(chǔ)要想做好仿真，必要的理論知識是必不可少的。面對一個課題或者項(xiàng)目，你必須明白其中涉及的物理場，以及描述這些物理場的數(shù)學(xué)方程，相關(guān)的約束（或者說邊界條件），材料屬性，根據(jù)理論能否預(yù)測出大概的趨勢，是否能夠推測哪些因素會影響模型的收斂性。有了以上這些分析做基礎(chǔ)，你才能正確使用軟件，選擇合適的建模步驟，包括物理場接口、材料屬性、邊界條件、網(wǎng)格、求解、后處理分析等。舉個例子，我們每天用到的白熾燈泡，如果要模擬它的發(fā)熱現(xiàn)象，應(yīng)該如何著手？讓我們來分析一下，其中涉及的物理場包括，電流流過燈絲，產(chǎn)生電阻熱并發(fā)光，這可以用電流方程描述；燈泡內(nèi)的惰性氣體被加熱，產(chǎn)生對流，可以使用 Navier-Stokes 方程描述；燈絲向外輻射光和熱量，這是傳熱現(xiàn)象；燈泡外的空氣受傳導(dǎo)和輻射的熱量產(chǎn)生對流，這是流熱耦合；等等。了解這些相互耦合的物理場以后，我們就可以有針對性地建模。例如，當(dāng)我們關(guān)心燈泡內(nèi)的溫度分布時，通過傳熱和層流方程就可以實(shí)現(xiàn)其中的流熱耦合仿真，并耦合輻射傳熱。案例模型燈泡中的對流傳熱（light bulb）就是一個典型的仿真模型?？焖偃腴T：參加Workshop要想學(xué)好使用軟件，最好的方法就是動手練習(xí)。所以，最佳的入門方法當(dāng)屬參加官方組織的活動，例如，Workshop、培訓(xùn)、年會等。對于初學(xué)者來說，COMSOL 提供的免費(fèi) Workshop 是最佳的入門課程。在每個Workshop上，專業(yè)的工程師將講解軟件的基本知識和建模流程，并通過現(xiàn)場示例演示基本操作方法。COMSOL 還會為給參加者提供免費(fèi)的全模塊軟件試用，試用者享有由 COMSOL 提供的技術(shù)支持服務(wù)。最重要的是，在 Workshop 上會給大家留出專門的時段供學(xué)員親手嘗試建立模型，由工程師現(xiàn)場指導(dǎo)大家進(jìn)行軟件的操作練習(xí)。強(qiáng)烈建議大家在參加活動時帶上筆記本電腦，這樣可以根據(jù)活動組織者發(fā)給大家的試用碼安裝軟件，并根據(jù)提供的學(xué)習(xí)手冊現(xiàn)場操作測試。如果有什么問題，可與工程師現(xiàn)場交流，或者在試用有效期內(nèi)將問題提交到技術(shù)支持系統(tǒng)：。您可以訪問以下鏈接報名參加感興趣的 Workshop：進(jìn)階學(xué)習(xí)：參加培訓(xùn)當(dāng)通過參加 Workshop 了解最基本的操作以后，如果希望進(jìn)一步加強(qiáng)使用技能，可以考慮參加培訓(xùn)課程。 COMSOL 全年都會全國各地舉辦培訓(xùn)課程，其中包含詳細(xì)的多物理場建模知識，包括前處理（幾何建模、CAD 導(dǎo)入和處理，網(wǎng)格剖分），求解器，以及后處理等。在一些專業(yè)的培訓(xùn)課程中，還包含專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識，仿真技巧，例如，CFD、光學(xué)培訓(xùn)等。培訓(xùn)課程通常為期 2~3 天，由專業(yè)的工程師講解相應(yīng)的課程，并通過典型的案例模型指導(dǎo)大家學(xué)習(xí)和掌握相應(yīng)的課程內(nèi)容。同時參加者會得到更多的時間和機(jī)會與工程師討論您將使用 COMSOL Multiphysics 面對的項(xiàng)目和遇到的問題，從而能夠在完成培訓(xùn)課程后，快速開始嘗試自己的建模流程。個案強(qiáng)化：學(xué)習(xí)案例模型當(dāng)我們通過參加 Workshop 和培訓(xùn)課程對建模流程以及模擬環(huán)境有了一定的了解后，我們可以通過學(xué)習(xí)與自己模型相關(guān)的案例來進(jìn)一步加強(qiáng)我們的仿真技能。軟件自帶 App 庫，可以在菜單文件> App 庫下找到，其中包含數(shù)百個案例模型，每個案例模型都包含有詳細(xì)的說明文檔，詳細(xì)地說明模型的背景知識，物理模型，仿真結(jié)果與討論，最后一部分是詳細(xì)的操作步驟說明。另外，在官方網(wǎng)站上還有更全面的案例展示區(qū)供大家查閱和下載：om/models，也可在官方社區(qū)中的用戶模型交流區(qū)進(jìn)行交流：om/community/exchange/。因此，推薦大家在嘗試創(chuàng)建自己的仿真模型之前，先瀏覽或檢索一下 App 庫和上述資源，找到與自己的研究類似或者有價值的案例。然后仔細(xì)閱讀文檔，并按照操作步驟復(fù)現(xiàn)模型。對模型進(jìn)行修改，進(jìn)一步加深了解。或者嘗試修改為符合自己的研究目標(biāo)的模型，作為原型進(jìn)行研究。當(dāng)您能夠熟練使用與自己的模型相關(guān)的功能以后，再來創(chuàng)建自己的模型，往往就能夠在較短的時間內(nèi)得到好的結(jié)果。自我學(xué)習(xí)1：靈活運(yùn)用幫助信息當(dāng)您在學(xué)習(xí)案例或者建模過程中對某些特征不熟悉或不了解時，可以創(chuàng)建或選中這個特征的節(jié)點(diǎn)，按下鍵盤上的 F1 鍵，或者點(diǎn)擊主工具條上的幫助按鈕，打開一個瀏覽器窗口，其中的內(nèi)容就是這個節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)說明，包括節(jié)點(diǎn)的功能，各種設(shè)定選項(xiàng)的含義及注意事項(xiàng)。您可以仔細(xì)閱讀，了解是否適合您的建模目的，從而得到正確的模型。您還可以進(jìn)一步在幫助窗口輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，查閱您想要了解的特征和相關(guān)信息。自我學(xué)習(xí)2：閱讀用戶手冊在我們嘗試建立自己的模型時，如果想要對自己使用的模塊功能和物理場接口以及計(jì)算原理有更為深入的了解，軟件提供的相關(guān)文檔是您最好的學(xué)習(xí)資料。當(dāng)您安裝好 COMSOL Multiphysics 后，軟件默認(rèn)會安裝一系列文檔，包括安裝手冊，各個模塊的簡介和用戶指南，App 庫中案例模型的說明文檔，等等。在 Windows? 平臺上，可以直接在系統(tǒng)菜單的 COMSOL Multiphysics 菜單進(jìn)入 Documentation 文件夾，里面詳細(xì)地以模塊分組列出相關(guān)文檔；或者進(jìn)入軟件后，點(diǎn)擊菜單文件 > 幫助 > 文檔。各個模塊的簡介中，簡要介紹了相關(guān)模塊的功能、物理場接口，以及典型案例，您可以了解到這些模塊的信息。在用戶指南中，詳細(xì)說明了相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識、物理場接口的物理數(shù)學(xué)方程、各種邊界條件，相關(guān)的建模方法，等等。您可以通過閱讀掌握所需的基礎(chǔ)知識，了解如何使用軟件來進(jìn)行建模。自我學(xué)習(xí)3：查閱官方博客在官方博客中，經(jīng)常會發(fā)布一些資深工程師編撰的博文，內(nèi)容涵蓋核心功能、熱門話題、各種物理領(lǐng)域的仿真、高性能計(jì)算等。在這些博客中，您可以了解到仿真技巧、最新動態(tài)、高性能計(jì)算相關(guān)知識、活動信息等。加深您對 COMSOL 的了解，以及仿真方面的經(jīng)驗(yàn)和知識。中文版博客英文版專題學(xué)習(xí)：參加網(wǎng)絡(luò)研討會（Webinar）網(wǎng)絡(luò)與研討會是一種新興的研討會形式，以其方便快捷的特性，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于在線培訓(xùn)。只要您有能夠上網(wǎng)的電腦、音響（或耳機(jī)）、麥克風(fēng)（可選），就可以參加我們經(jīng)常組織的 Webinar。在網(wǎng)絡(luò)研討會上，會由專業(yè)的工程師通過視頻、PPT 等方式講解軟件的特點(diǎn)，在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用，并通過典型模型講解如何使用 COMSOL Multiphysics 來解決針對性的問題。您可以在線提問，工程師會現(xiàn)場答復(fù)或者會后通過 email 給您提供解答。通過這種靈活的方式，您可以方便、高效地獲得答疑解惑的機(jī)會。尋求幫助：咨詢技術(shù)支持在許可證的有效期內(nèi)，您可以將問題發(fā)送到技術(shù)支持系統(tǒng)尋求合理的解釋，常用的方法有：登錄到技術(shù)支持中心，然后提交或查看問題；或者發(fā)送 email 到 。COMSOL 技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)會安排專業(yè)的工程師分析大家提交的問題，給出合理的解決方案，包括軟件的使用、建模中遇到的問題（物理場接口的選擇、邊界條件的設(shè)定、材料屬性的表述等），收集大家的建議等。學(xué)海無涯：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源官方網(wǎng)站上提供了很多學(xué)習(xí)資料，包括視頻（介紹和操作說明）、文檔、博客等。下面列出一些常用的資源：官方主頁官方技術(shù)支持中心官方知識庫COMSOL 博客COMSOL 用戶社區(qū)視頻集錦用戶故事集錦案例集錦用戶論文集錦更多資源