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【模型概况】comsol激光熔覆 熔覆层提取 【基本原理】激光直接沉积程中，快速熔化凝固和多组分粉末的加入导致了熔池中复杂的输运现象。 热行为对凝固组织和性能有显著影响。 通过三维数值模型来模拟在基体上进行Sn粉熔覆。 通过瞬态热分布可以获得凝固特征，并预测凝固组织的形貌和规模。 可以得到温度梯度、相变、温度场等分布 【软件工具】COMSOL5.6 【学习资料】模型源文件、文献 【物理场一】流体传热，变形几何，层流，马兰戈尼，非等温流动

激光熔覆工艺的数字化仿真就像在虚拟世界里造一台时间机器——咱们能提前看到金属粉末在高温下的舞蹈轨迹。今天咱们拆解一个基于COMSOL5.6的Sn粉熔覆模型，看看怎么用代码捕捉熔池里的热力华尔兹。

模型的核心是三个物理场的联姻：流体传热负责热量传递，变形几何跟踪材料形变，层流接口管着熔融金属的流动。特别要注意马兰戈尼效应这个"咖啡环现象"的亲戚，表面张力梯度会让熔池表面形成独特的对流图案。在材料属性里咱们得这样定义表面张力系数：

% 表面张力温度系数 sigma_T = -0.15; % [N/(m·K)] surfaceTension = @(T) 1.5 - sigma_T*(T - 293);

负的温度系数意味着温度越高表面张力越小，这个微妙的参数差直接决定了熔池边缘会不会出现鱼鳞状纹路。

移动热源的实现是另一个技术点。用解析函数定义高斯热源轨迹，配合变形几何的移动网格，代码骨架长这样：

heatSource = 3e6*exp(-((X - v*t)^2 + Y^2)/(r_beam^2)); % 移动高斯热源

这里的v是扫描速度，t是时间变量，动态坐标系的变化让热源像画笔一样在基体表面游走。记得把时间步长控制在毫秒级，不然熔池形状会失真得像毕加索的画作。

当看到后处理中提取的温度梯度云图时（图1），那些蓝色到红色的渐变可不是随便画的色带。G = |∇T| 这个量值超过1e6 K/m的区域，就是柱状晶可能生长的温床。用切片图功能抓取特定时刻的截面数据：

mphslice(model,{'T','dTdx','dTdy'},'coord','z','coordvalue',0.5e-3);

这三个输出量分别对应温度场及其空间导数，比直接看温度分布更能暴露微观组织的生长密码。

这个模型的实战价值在于预测工艺参数的甜蜜点。比如当激光功率从2000W增加到2500W时，熔深变化曲线会出现明显的拐点——这是基体材料相变潜热开始发挥作用的信号。通过参数化扫描功能批量跑仿真，能避开实验室里烧钱又费时的试错过程。

搞仿真的都知道，网格划分是门玄学。在熔池边界区域需要用边界层网格加密，y+值控制在1左右才能捕捉到陡峭的温度梯度。COMSOL的自动重剖分功能虽然好用，但遇到粉末气液界面突变时，还是得手动上这组保险：

model.mesh('mesh1').feature('size').set('hgrad', 1.3); % 控制网格渐变率 model.mesh('mesh1').feature('size').set('hmax', 0.1e-3);

最后提醒新手：别被华丽的温度场动画迷惑，真正的金矿藏在凝固前沿的冷却速率里。用派生值功能计算dT/dt的时空分布，这才是连接宏观仿真与微观金相的关键桥梁。