《COMSOL Multiphysics软件入门》教学大纲 课程名称：COMSOL Multiphysics软件入门 课程类别（必修选修）：公选课 课程英文名称：ntroduction of software COMSOL Multiphysics 总学时/周学时/学分：333/2 其中实验/实践学时：30 先课程：《高等数学》、《大学物理》、《大学英语》 后续课程支撑：课程设计、专业综合设计实验、课程设计、毕业实习与设计 授课时间：3-13周，星期二911节 授课地点：松山湖校区化能学院12L203 授课对象：能源、材料、化工、机械等各工科专业背景学生 开课学院：化学工程与能源技术学院 任课教师姓名职称：陈捷超讲师 答聚时间、地点与方式： 1.课堂：每次上课的课前、课间和课后进行答疑：2.课外：可直接到机电楼12L203办公室进行答疑：3.畿上：建立QQ课程群进行线上答疑。 课程考核方式：开卷()闭卷()课程论文（√）其它() 使用教材：《COMSOL多物理场仿真入门指南》，黄奕勇，李星辰，田野，张翔编，机械工业出版社，2021,1SBN:9787111671084。 救学参考资料： 1、《COMSOL Multiphysics工程实践与理论仿真：多物理场数值分析技术》，王刚，安琳编，电子工业出版社，2012，ISBN:9787121185816: 2、《COMSOL Multiphysics基本操作指南和常见问题解答》，马慧编，人民交通出版社，2009，ISBN:9787114075032. 课程简介： C0MS0L多物理场有限元仿真软件，在近年来的科学研究与工程实践中得到了广泛的应用。在需要多学科密集交叉的航空航天研究中，国防科技大学 微纳卫星团队与西安思缪智能科技有限公司围绕卫星微推进系统设计、卫星内部优化布局、卫星整星热控、微重力流体管理与稀薄气体声传播等领域， 利用C0S0L软件进行了多物理场仿真建模的广泛交流与合作。30余个预置多物理场应用模式，涵盖涵盖力学、电磁场、流体、传热、化工、MES、声 学等，从电磁分析到化学工程等诸多工程、制造和科研领域。它可以使工程师与科研工作者通过仿真，赋子设计理念以生命。C0MS0L产品主要面向技 术型企业、研发中心、国家实验室以及高等院校的广大工程师和科研人员。通过模拟真实世界中的多物理场现象，帮助工程师开发出更好的技术和产品
1 《COMSOL Multiphysics 软件入门》教学大纲 课程名称：COMSOL Multiphysics 软件入门 课程类别（必修/选修）：公选课 课程英文名称：Introduction of software COMSOL Multiphysics 总学时/周学时/学分：33/3/2 其中实验/实践学时：30 先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《大学英语》 后续课程支撑：课程设计、专业综合设计实验、课程设计、毕业实习与设计 授课时间：3-13 周，星期二 9-11 节 授课地点：松山湖校区化能学院 12L203 授课对象：能源、材料、化工、机械等各工科专业背景学生 开课学院：化学工程与能源技术学院 任课教师姓名/职称： 陈捷超/讲师 答疑时间、地点与方式： 1.课堂：每次上课的课前、课间和课后进行答疑；2.课外：可直接到机电楼 12L203 办公室进行答疑；3.线上：建立 QQ 课程群进行线上答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（） 使用教材：《COMSOL 多物理场仿真入门指南》，黄奕勇，李星辰，田野，张翔 编，机械工业出版社，2021，ISBN：9787111671084。 教学参考资料： 1、《COMSOL Multiphysics 工程实践与理论仿真：多物理场数值分析技术》，王刚，安琳 编，电子工业出版社，2012，ISBN：9787121185816； 2、《COMSOL Multiphysics 基本操作指南和常见问题解答》，马慧 编，人民交通出版社，2009，ISBN：9787114075032。 课程简介： COMSOL 多物理场有限元仿真软件，在近年来的科学研究与工程实践中得到了广泛的应用。在需要多学科密集交叉的航空航天研究中，国防科技大学 微纳卫星团队与西安思缪智能科技有限公司围绕卫星微推进系统设计、卫星内部优化布局、卫星整星热控、微重力流体管理与稀薄气体声传播等领域， 利用 COMSOL 软件进行了多物理场仿真建模的广泛交流与合作。30 余个预置多物理场应用模式，涵盖涵盖力学、电磁场、流体、传热、化工、MEMS、声 学等，从电磁分析到化学工程等诸多工程、制造和科研领域。它可以使工程师与科研工作者通过仿真，赋予设计理念以生命。COMSOL 产品主要面向技 术型企业、研发中心、国家实验室以及高等院校的广大工程师和科研人员。通过模拟真实世界中的多物理场现象，帮助工程师开发出更好的技术和产品
相关专业的学生通过学习此软件，可促进课本理论与实践应用的结合，有助于辅助开展科研项目、科技竞赛、毕业设计等。本课程将结合上机练习、指 导教程等形式向工科专业背景同学介绍如何使用COMSOL Multiphysics进行仿真，讲授几何建模、网格划分、后处理等内容。课程专题包括：(1)使 用电气模块来模拟稳态、瞬态和低频电磁现象：(2)传导、对流与辐射的方式发生传热并模拟这些现象：(3)结构力学力学模拟。(3)流体流动问题， 包括：层流、湍流、多相流、非等温流，以及搅拌器中的流体流动等。(4)电化学理论，模拟原电池内传质现象、离子扩散和电迁移。 课程教学目标 本课程与学生核心能力培养之间的关联授课对象为理工科专业学生的课程填 一、知识目标： 写此栏)： 1.正确理解和掌握与COMSOL Multiphysics有关的基本概念、基本 口核心能力1.能具备应用工程科学的基本原理和技术方法对个类工科专业的复 知识以及基本原理，掌握数值模拟的过程及原理，通过本门课程的 杂工程问题进行表达与建模的能力。 学习，了解COMSOL Multiphysicsf的基本原理： 口核心能力2.能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息 2.掌握数值分析工程流动和传热问题的基本能力，为从事利用计算 技术工具，对工科领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和论证，并能够理 流体动力学方法进行有关产品部件的设计、开发研究等工作奠定基 解其局限性。 础，学会使用COMSOL Multiphysics软件研究流体流动和传热等基本 o核心能力3.能够将计算机程序语言、CAD、各工科专业领域仿真模拟软件等 问题： 现代工具，应用于分析、模拟、设计能源动力领域相关设备及系统，并能够理 3.根据教学内容，理解对各专业课程中相关理论方程组的应用：课 解其局限性。 堂开展研讨式教学，培养学生独立思考的能力，提高创新意识：为 口核心能力4.能够开发专用的现代工程工具和信息技术工具，满足进行工程设 学生参与科研和工程实践提供一种方法： 计、制造和研发工程实践的需要。 理论教学进程表 敦学模式 周次 教学主愿 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） (线上/混合 教学方法 作业安排 式/线下
2 相关专业的学生通过学习此软件，可促进课本理论与实践应用的结合，有助于辅助开展科研项目、科技竞赛、毕业设计等。本课程将结合上机练习、指 导教程等形式向工科专业背景同学介绍如何使用 COMSOL Multiphysics®进行仿真，讲授几何建模、网格划分、后处理等内容。课程专题包括：（1）使 用电气模块来模拟稳态、瞬态和低频电磁现象；（2）传导、对流与辐射的方式发生传热并模拟这些现象；（3）结构力学力学模拟。(3)流体流动问题, 包括：层流、湍流、多相流、非等温流，以及搅拌器中的流体流动等。(4)电化学理论，模拟原电池内传质现象、离子扩散和电迁移。 课程教学目标 一、知识目标： 1．正确理解和掌握与COMSOL Multiphysics有关的基本概念、基本 知识以及基本原理，掌握数值模拟的过程及原理，通过本门课程的 学习，了解COMSOL Multiphysics的基本原理； 2．掌握数值分析工程流动和传热问题的基本能力，为从事利用计算 流体动力学方法进行有关产品部件的设计、开发研究等工作奠定基 础，学会使用COMSOL Multiphysics软件研究流体流动和传热等基本 问题； 3. 根据教学内容，理解对各专业课程中相关理论方程组的应用；课 堂开展研讨式教学，培养学生独立思考的能力，提高创新意识；为 学生参与科研和工程实践提供一种方法； 本课程与学生核心能力培养之间的关联(授课对象为理工科专业学生的课程填 写此栏）： □核心能力1. 能具备应用工程科学的基本原理和技术方法对个类工科专业的复 杂工程问题进行表达与建模的能力。 □核心能力2. 能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息 技术工具，对工科领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和论证，并能够理 解其局限性。 □核心能力3. 能够将计算机程序语言、CAD、各工科专业领域仿真模拟软件等 现代工具，应用于分析、模拟、设计能源动力领域相关设备及系统，并能够理 解其局限性。 □核心能力 4. 能够开发专用的现代工程工具和信息技术工具，满足进行工程设 计、制造和研发工程实践的需要。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 教学模式 （线上/混合 式/线下 教学方法 作业安排
我国仿真行业的现状与COMSOL主界面的 课程思政作业：通 功能（重点）：阐述COMSOL常规建模流程， 数值仿真在世界范围内 包涵几何建模、材料定义、网格划分和求 线上：优学院 过文献检索或网 发展过程的简明历史， 陈捷超 解设置等（难点）。课程思政融入点：介 线上 络资源查找，每人 或课堂讲授和小 介绍多物理场仿真的数 绍数值仿真发展历史，向学生传递优秀的 须完成不少于 学理论基础 组讨论 科学家克服艰难困苦、勇華科学高峰的社 1500字关于数值 会主义核心价值观。 仿真发展的综述。 合计 3 项目类型 周次 实验项目名称 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） (验证/综合 教学方式 作业安排 设计) 计算流体动力学方程离散化的基本原理 (靈点)：流体力学控制方程离散化的方 线上：优学院 COMSOL的网格剖分操作 陈捷超 3 法（难点）。课程思政融入点：介绍网格 线上 流体喷射器和元器 或课堂讲授和小 件母版的网格划分 划分技术发展历史，向学生传递优秀的科 组讨论 学家创新开拓精神。 线上：优学院 仿真热水杯散热现 流体流动的三大守恒方程以及定解条件 5 计算流体动力学模块 陈捷超 3 线上 或课堂讲授和小 象 (重点)：热水杯散热案例操作（难点）。 组讨论 高马赫流物理背景定解条件（重点）：高 线上：优学院 仿真液高马赫流现 6 高马赫流案例 陈捷超 3 线上 马赫流操作步骤（难点）。课程思政融入 或课堂讲授和小 象 3
3 3 数值仿真在世界范围内 发展过程的简明历史， 介绍多物理场仿真的数 学理论基础 陈捷超 3 我国仿真行业的现状与COMSOL主界面的 功能（重点）；阐述COMSOL常规建模流程， 包涵几何建模、材料定义、网格划分和求 解设置等（难点）。课程思政融入点：介 绍数值仿真发展历史，向学生传递优秀的 科学家克服艰难困苦、勇攀科学高峰的社 会主义核心价值观。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 课程思政作业：通 过文献检索或网 络资源查找，每人 须 完 成 不 少 于 1500 字关于数值 仿真发展的综述。 合计 3 周次 实验项目名称 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 项目类型 （验证/综合 /设计） 教学方式 作业安排 4 COMSOL的网格剖分操作 陈捷超 3 计算流体动力学方程离散化的基本原理 （重点）；流体力学控制方程离散化的方 法（难点）。课程思政融入点：介绍网格 划分技术发展历史，向学生传递优秀的科 学家创新开拓精神。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 流体喷射器和元器 件母版的网格划分 5 计算流体动力学模块 陈捷超 3 流体流动的三大守恒方程以及定解条件 （重点）；热水杯散热案例操作（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真热水杯散热现 象 6 高马赫流案例 陈捷超 3 高马赫流物理背景定解条件（重点）；高 马赫流操作步骤（难点）。课程思政融入 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 仿真液高马赫流现 象
点：介绍高马赫数的技术应用背景，向半 组讨论 生传递优秀的科学家创新开拓精神。 线上：优学院 仿真液滴滴落现象 相场液滴滴落案例（重点）：多相流流动 7 相场液滴滴落案例 陈捷超 线上 或课堂讲授和小 定解设置（难点）。 组讨论 线上：优学院 仿真铜柱的感应加 COMSOL求解高频电磁场的物理接口（重 8 电磁学模块 陈捷超 3 线上 或课堂讲授和小 热现象 点)：铜柱的感应加热操作过程（难点）。 组讨论 线上：优学院 仿真铜及铜合金的 9 结构力学模块 陈捷超 3 常规几何近似处理和力学耦合类型（重 线上 或课堂讲授和小 塑性变形现象 点)：铜及铜合金的塑性变形案例（难点）。 组讨论 线上：优学院 仿真压电传感器现 10 压电传感器案例 陈捷超 3 压电传感器定解条件设置（重点）：压电 线上 或课堂讲授和小 象 传感器操作步骤（难点）。 组讨论 线上：优学院 般钢的热变形现象 殷钢的热变形定解条件（重点）：殷钢的 11 般钢的热变形案例 陈捷超 3 线上 或课堂讲授和小 热变形操作步骤（难点）。 组讨论 电化学理论的电动力学、传质原理和电流 线上：优学院 仿真铁轨腐蚀现象 12 电化学模块 陈捷超 3 线上 分布理论等（重点）：铁轨腐蚀操作步骤 或课堂讲授和小
4 点：介绍高马赫数的技术应用背景，向学 生传递优秀的科学家创新开拓精神。 组讨论 7 相场液滴滴落案例 陈捷超 3 相场液滴滴落案例（重点）；多相流流动 定解设置（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真液滴滴落现象 8 电磁学模块 陈捷超 3 COMSOL 求解高频电磁场的物理接口（重 点）；铜柱的感应加热操作过程（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真铜柱的感应加 热现象 9 结构力学模块 陈捷超 3 常规几何近似处理和力学耦合类型（重 点）；铜及铜合金的塑性变形案例（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真铜及铜合金的 塑性变形现象 10 压电传感器案例 陈捷超 3 压电传感器定解条件设置（重点）；压电 传感器操作步骤（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真压电传感器现 象 11 殷钢的热变形案例 陈捷超 3 殷钢的热变形定解条件（重点）；殷钢的 热变形操作步骤（难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 殷钢的热变形现象 12 电化学模块 陈捷超 3 电化学理论的电动力学、传质原理和电流 分布理论等（重点）；铁轨腐蚀操作步骤 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 仿真铁轨腐蚀现象
(难点)。 组讨论 稀物质传递二次电流分布定解条件（重 线上：优学院 仿真稀物质传递二 稀物质传递二次电流分 13 陈捷超 点)：稀物质传递二次电流分布操作步骤 线上 或课堂讲授和小 次电流分布现象 布 (难点)。 组讨论 合计 30 备注：)根据《东莞理工学院考试管理规定》第十二条规定：旷课3次（或6课时）学生不得参加该课程的期终考核。2)各项考核标准见附件所示。 大纲编写时间：2022年2月24日 系（部）审查意见： 我系（专业）课程委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。 系（部）主任签名： 日期：2022年2月25日 备注： J
5 （难点）。 组讨论 13 稀物质传递二次电流分 布 陈捷超 3 稀物质传递二次电流分布定解条件（重 点）；稀物质传递二次电流分布操作步骤 （难点）。 线上 线上：优学院 或课堂讲授和小 组讨论 仿真稀物质传递二 次电流分布现象 合计 30 备注：1）根据《东莞理工学院考试管理规定》第十二条规定：旷课 3 次（或 6 课时）学生不得参加该课程的期终考核。2）各项考核标准见附件所示。 大纲编写时间：2022 年 2 月 24 日 系（部）审查意见： 我系（专业）课程委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。 系（部）主任签名： 日期： 2022 年 2 月 25 日 备注：
附录：各类考核评分标准表 平时作业评分标准 评分标准 观测点 A(100) B(85) c(70) D(0) 概念比较清楚，作业比较认真， 概念基本清楚，答题基本正 概念不太清楚，答题错误 基本概念掌握程度 概念清楚，答题正确。 答题比较正确。 确。 较多。 概念比较清楚，作业比较认真， 概念基本清楚，答题基本正 概念不太清楚，答题错误 解决问题的方案正确性 解题思路清晰，计算正确 答题比较正确。 确。 较多。 按时完成，书写较为一般， 未交作业或后期补交，不 按时完成，书写工整、清晰， 按时完成，书写清晰，主要符号、 作业完成态度 部分符号、单位按照规范执 能辨识，符号、单位等不 符号、单位等按规范要求执行 单位按照规范执行 行 按照规范执行 课程论文评分标准 评分标准 观测点 A(100 B(85) c(70) D0) 选题研究内容及研究方法具有 选题一般，研究内容及研究方法 选题难度一般，研究内容及 选题研究内容及研究方法 选题创新性 较强创新性，可综合运用所学 具有较强创新性，可综合运用所 研究方法较为简单，理论知 较简单，理论知识能力运 理论知识的能力 学理论知识能力 识能力运用一般 用过于基础 6
6 附录：各类考核评分标准表 平时作业评分标准 观测点 评分标准 A(100) B(85) C(70) D(0) 基本概念掌握程度 概念清楚，答题正确。 概念比较清楚，作业比较认真， 答题比较正确。 概念基本清楚，答题基本正 确。 概念不太清楚，答题错误 较多。 解决问题的方案正确性 解题思路清晰，计算正确 概念比较清楚，作业比较认真， 答题比较正确。 概念基本清楚，答题基本正 确。 概念不太清楚，答题错误 较多。 作业完成态度 按时完成，书写工整、清晰， 符号、单位等按规范要求执行 按时完成，书写清晰，主要符号、 单位按照规范执行 按时完成，书写较为一般， 部分符号、单位按照规范执 行 未交作业或后期补交，不 能辨识，符号、单位等不 按照规范执行 课程论文评分标准 观测点 评分标准 A(100) B(85) C(70) D(0) 选题创新性 选题研究内容及研究方法具有 较强创新性，可综合运用所学 理论知识的能力 选题一般，研究内容及研究方法 具有较强创新性，可综合运用所 学理论知识能力 选题难度一般，研究内容及 研究方法较为简单，理论知 识能力运用一般 选题研究内容及研究方法 较简单，理论知识能力运 用过于基础
网格划分非常合理，案例变通 网格划分合理，可根据案例进行 计算网格可进行计算，基本 网格划分质量差，软件掌 网格合理性 能力强 变通 掌握软件 握程度差 灵活应用COMSOL软件，设计 设计合理、完全掌握并运用 计算设置基本合理，基本能 设计不合理，理论分析与 设置准确性 动手能力强，设置具有较强创 COMSOL软件 综合运用COMSOL软件 计算有原则性错误 新性 仿真数据不可靠，计算结 数据准确合理，符合实际物理 计算结果符合实际物理过程，图 仿真结果基本与真实现象 结果科学性 果不符合实际物理过程， 过程，后处理图像清晰准确 像可视化效果好 相似，可视化图像清晰可见 图像输出不清晰 内容空泛，结构混乱，文 结构严谨，逻辑性强，层次清 结构合理，语言准确，文字流畅， 逻辑基本清楚，文字尚通 书写规范性 字表达不清，错别字较多， 晰，语言准确，文字表达流畅 符合规范化要求 顺，勉强达到规范化要求 达不到规范化要求
7 网格合理性 网格划分非常合理，案例变通 能力强 网格划分合理，可根据案例进行 变通 计算网格可进行计算，基本 掌握软件 网格划分质量差，软件掌 握程度差 设置准确性 灵活应用 COMSOL 软件，设计 动手能力强，设置具有较强创 新性 设计合理、完全掌握并运用 COMSOL 软件 计算设置基本合理，基本能 综合运用 COMSOL 软件 设计不合理，理论分析与 计算有原则性错误 结果科学性 数据准确合理，符合实际物理 过程，后处理图像清晰准确 计算结果符合实际物理过程，图 像可视化效果好 仿真结果基本与真实现象 相似，可视化图像清晰可见 仿真数据不可靠，计算结 果不符合实际物理过程， 图像输出不清晰 书写规范性 结构严谨，逻辑性强，层次清 晰，语言准确，文字表达流畅 结构合理，语言准确，文字流畅， 符合规范化要求 逻辑基本清楚，文字尚通 顺，勉强达到规范化要求 内容空泛，结构混乱，文 字表达不清，错别字较多， 达不到规范化要求