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COMSOL Multiphysics ® 5.2a版針對“幾何光學模組”的用戶引入了可以在幾何外部建模光線追踪的功能、新增了用於測量單色像差的繪圖類型、改進了光線軌跡繪圖等。請查看以下詳細資訊來了解“幾何光學模組”的所有更新。

 

幾何外部的光線傳播

透過透鏡系統追踪光線時,不再需要添加空氣或真空域來涵蓋光線。光線可以在幾何外部和未進行網格生成的域中釋放和傳播,只要這些區域是均勻介質(非漸變)。透過使用這個新功能,現在材料突變邊界條件可以用在外部邊界,代替了壁條件,使光線可以折射進入或離開使用網格生成的域。應用資料庫中的大多數案例已更新為具備此功能。

建模時,在幾何光學介面設置窗口中指定外部域折射率。當光線在幾何外部或在幾何光學介面選擇列表中不存在的域中傳播時,將用到這個折射率值。光線仍可與幾何中的邊界相互作用,即使這些邊界不與任何經過網格生成的域相鄰也是如此。但是,邊界本身必須經過網格生成。邊界的網格生成在使用預設網格設置時自動處理。

一束准直光束由凸透鏡聚焦。光線可以在透鏡和沒有定義網格的幾何外部區域中傳播。光線的顏色表達式以它們的強度為依據,而網格的顏色與元素尺寸成正比。

 

光學像差繪圖

新的光學像差繪圖類型專用於測量單色像差。這些繪圖計算入射光線在朝一個焦點會聚時彼此之間的光程差,然後將光程差擬合到Zernike 多項式的基中。您可以繪製Zernike 多項式乘以計算得出的Zernike 係數的任何線性組合,還可以使用像差評估功能生成Zernike 係數表格。

 

高達第五級的Zernike 多項式,在單位圓上繪製。

高達第五級的Zernike 多項式,在單位圓上繪製。

 

改進的光線軌跡繪圖

除了存儲的時間步中的解或光程長度增量,光線軌跡繪圖類型現在自動包含許多附加點。通常,這些附加點位於光線在邊界上反射或折射的位置。有了這些附加點,光線軌跡繪圖類型現已得到改進,比之前傳達的資訊更多,即使儲存的時間步數量或光程長度增量非常小也是如此。

COMSOL Multiphysics® 5.2 版與COMSOL Multiphysics® 5.2a 版中存儲的求解次數相同的Czerny-Turner 單色儀模型中射線軌跡繪圖類型的對比。

COMSOL Multiphysics ® 5.2版與COMSOL Multiphysics ® 5.2a版中儲存的求解次數相同的Czerny-Turner單色儀模型中光線軌跡繪圖類型的對比。

 

基於圓錐體釋放的新選項

透過初始方向的錐形分佈釋放光線時可以使用幾個新選項。您可以透過波箭頭空間的均勻密度來釋放光線,這樣,每條光線都指向相同的立體角。另外,您可以分別指定極方向和方位方向的光線密度。內置選項還可用於僅釋放邊緣光線,包括或不包括軸向光線。

通過錐形分佈釋放射線時,現在有四個選項。

透過錐形分佈釋放光線時,現在有四個選項。

 

重命名的強度計算選項

幾何光學介面設置窗口中的強度計算列表選項已給定了新的、更直觀的名稱。

5.2 版中的選項名稱 5.2a 版中的選項名稱
使用主曲率 計算強度
使用主曲率和射線功率 計算強度和功率
使用曲率張量 計算變折射率介質中的強度
使用曲率張量和射線功率 計算變折射率介質中的強度和功率

更新的教學模型:碟形太陽能收集器

碟形太陽能收集器教學模型已更新,現在包含兩組基準數據。

拋物碟式太陽能聚光器可以將入射太陽輻射聚焦到目標或腔體收集器,從而生成非常高的局部熱通量。它可以用於生成蒸汽,從而用於為發電機提供能量;還可以用於生成氫,直接用作燃料源。在某些應用領域中,腔體收集器表面的通量均勻性對效率有顯著影響。在本案例中,太陽輻射由集中器反射向焦面中的一個小區域,可以在該位置放置腔體收集器。

計算太陽能集熱器-收集器系統的性能方面特別讓人感興趣的是濃度比,定義為入射通量與環境太陽通量的比率。

本模型計算拋物碟式太陽能聚光器的焦面對於兩組假設數據的濃度比。首先,拋物面反射器視為非常平滑的非吸收反射器。其次,要考慮表面粗糙度、吸收和太陽形狀的影響。這兩個研究都計算拋物碟的焦面中生成的濃度比,這些結果將與發布的值進行比較。

應用資料庫路徑: Ray_Optics_Module/Industrial_Applications/solar_dish_receiver

碟形太陽能收集器教程模型顯示理想反射器(左上部)和考慮表面粗糙度、吸收和太陽能臨邊昏暗時的反射器(右上部)的結果與發布值之間的數據對比。 還提供了每種情況的二維結果(底部)。

碟形太陽能收集器教學模型顯示理想反射器(左上部)和考慮表面粗糙度、吸收和太陽能臨邊昏暗時的反射器(右上部)的結果與發布值之間的數據對比。還提供了每種情況的二維結果(底部)。