激光先进制造COMSOL多物理场热力耦合模拟仿真报告会

一、COMSOL6.3流体传热新功能概述

在模块功能增强方面，COMSOL6.3 有显著提升。流体力学模块中，多相流模拟能力得到改进，对流体 - 粒子相互作用的模拟更精准，尤其擅长气泡、泡沫、液滴的跟踪，在高浓度颗粒流和液滴流动问题上表现出色；湍流建模也更准确，高雷诺数流动应用中求解方法更高效。热传递模块新增多种热物性模型，可处理非线性材料热传递效应，相变模拟进一步优化，对非均匀材料及其热特性的处理能力增强。

COMSOL6.3还优化了流体与结构的耦合，提高了流固耦合问题中的稳定性和计算效率，对结构变形、振动及受流体力学影响的应用意义重大。同时，新增了灵活的热 - 电耦合模块，在电加热和热管理方面精度更高，物理场组合更多样。

COMSOL6.3 求解器、性能以及用户体验方面有改进。求解器针对流体和传热模块，尤其是多物理场耦合问题进行了优化，求解速度和内存管理显著提升。并行计算能力更高效，能更好地分配计算资源。用户界面简化了物理设置，复杂模型建立更直观；后处理和可视化工具增加，能更清晰展示流体和传热过程的关键特征，使 COMSOL6.3 在流体力学和传热领域更灵活、精确、高效。

二、激光烧蚀花岗岩的理论与数值模拟研究

② 激光能量吸收：  岩石对激光的吸收特性由光学参数（吸收率、反射率）决定。激光功率密度常用以下公式描述：

③ 相变与烧蚀模型：  烧蚀深度由材料蒸发和烧蚀速率决定，相关模型包括：

1）蒸发模型： 烧蚀速率与材料气化潜热的关系为：

2）能量平衡模型：激光输入能量用于加热、相变和材料去除，平衡公式为：

④ 热膨胀与应力理论：快速加热导致岩石内部温度梯度，引起热膨胀和热应力。应力大小由热膨胀系数和弹性模量决定：

选用的物理场为固体传热、固体力学和变形几何

第一步：几何建模和网格模型（减小计算量可选用二维轴对称模型，网格采用六面体单元）

第三步：材料参数设置

第四步：传热边界设置

第五步：变形几何边界设置

第六步：固体力学物理场添加固定约束即可，并且通过热膨胀耦合固体力学和固体传热。

第七步：研究下设置时间步长，完成计算。

第八步：结果展示

三、激光先进制造数值模拟多物理场耦合模拟

在激光先进制造领域，COMSOL 多物理场热力耦合仿真模拟极具价值，它既能优化工艺参数、降低成本、提高产品质量，又有助于新材料研发和深入探究物理机制。在应用场景上，涵盖激光增材制造中的热应力与变形分析、材料性能及打印路径优化，激光切割中的切割质量预测和参数优化，激光焊接里的焊接强度分析与变形控制，以及飞秒激光微纳加工中的烧蚀效果和热损伤分析等，全方位推动激光先进制造技术发展 。

3月15日20时（周六），2025科研创新仿真 主题月第七期，笔者将邀请拥做《激光先进制造COMSOL多物理场热力耦合模拟》，欢迎大家提前报名和分享。

以下是直播安排：（欢迎来直播间与我交流）

2025科研创新仿真（七）：激光先进制造COMSOL多物理场热力耦合模拟详解-仿真秀直播

案例4-激光熔覆热流固耦合模拟

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