物理场仿真模拟(1)

物理场仿真模拟（1）

实验讲义

实验一 物理场仿真模拟（1）

COMSOL Multiphysics是一款基于高级数值方法、用于建模和模拟物理场问题的通用软件平台，可以模拟耦合现象或多物理场现象，支持射线光学、波动光学、半导体器件、力学、热学、流体流动和化学等多领域的物理问题的建模和仿真。 一．实验目的

1．了解物理场仿真软件的数学基础； 2．了解软件操作和主要功能； 3．了解仿真软件的一般建模流程。 4．完成一个典型光电现象的建模仿真。 二．建模流程

图1 Comsol多物理场仿真流程

三．实验步骤

1．软件介绍：软件各个模块和功能的介绍。

2．利用模型开发器建模：

1) 物理现象分析：确定物理规律和方程、边界条件，分析类型，利用对称性对问题

化简，确定建模的维数；

2) 参数定义：确定模型中的常数标量、变量或函数； 3) 几何建模：建立求解的几何图形； 4) 材料定义：设置材料及相关属性；

5) 物理场设置：根据所设计的物理问题确定物理场的相关参数； 6) 网格划分：网格划分的选取和设置； 7) 求解：参数化扫描的选取；

8) 结果展示：图形输出和设置；

9) 结果分析和讨论：结果的正确性和合理性的分析； 10) 报告输出：建模过程和结果的输出和保存；

11) 模型的拓展：在案例的基础上结合实际问题对模型的拓展。 四．思考题

1．物理场设置的流程和关键分别是什么？ 2．仿真模拟的维数怎么确定？ 3．网格大小对计算和结果的影响？

附：菲涅耳方程

反射和折射现象是光在传播过程中的基本现象。如图1所示，当光在两种不同折射率的均匀介质中传播时，如果是光滑平面，在界面的反射和折射可以用菲涅耳方程来描述。本实验将从麦克斯韦方程组出发，研究两种不同极化的光在界面的行为并和菲涅耳方程的结果进行比较。除了研究理想的平面，还将进一步考虑粗糙表面对反射和透射的影响。

图1 平面光在两种不同折射率的介质界面的行为