一、关于多物理场仿真及其软件
（一）多物理场问题
一般来说，物理现象都不是单独存在的。以全电熔法池窑为例。在池窑内通过分布的电极形成电场，产生电流和焦耳热，同时产生热传导和熔液流动，形成变化的温度场，熔液的粘度又随着温度变化而变化（粘温曲线），这是一个电流、焦耳热、热传导、高粘度液体流动的多种物理现象耦合的物理过程，也就是一个多物理场问题。
（二）建立数学模型
著名物理学家理查德·费曼提到，想要全面了解某个系统的特性，一种可行的方法是使用微分方程（PDE）来描述这一系统在不同情况下的特性，并分析方程的解。他还进一步指出：“只有一种精确的方法能够表述物理定律，就是使用微分方程。”
多物理场问题可以通过一组偏微分方程来描述，这就是建立多物理场的数学模型。通过在数学模型中求解偏微分方程，可以预测实验的结果，并帮助工程师和科研人员理解该数学模型描述的过程或现象。偏微分方程的解一经验证，并与改变模型参数的方法相结合，还可用于优化设备或过程的设计。
（三）有限元法及其分析软件
物理定律通常用偏微分方程（PDE）来描述，但对于绝大多数的几何结构和所面对的问题来说，可能无法求出这些偏微分方程的解析解。不过，在通常的情况下，可以根据不同的离散化类型来构造出近似的方程，得出与这些偏微分方程近似的数值模型方程，并可以用数值方法求解。如此，这些数值模型方程的解,就是相应的偏微分方程真实解的近似解。有限元法（FEM）就是用来计算出这些近似解的算法。
在上个世纪90年代以前，由于计算机资源的缺乏，多物理场模拟仅仅停留在理论阶段，有限元建模也局限于对单个物理场的模拟，最常见的也就是对力学、传热、流体以及电磁场的模拟。现在这种情况已经开始改变。经过数十年的努力，计算科学的发展为我们提供了更灵巧简洁而又快速的算法，更强劲的硬件配置，使得对多物理场的有限元模拟成为可能。新兴的有限元方法为多物理场分析提供了一个新的机遇，满足了工程师对真实物理系统的求解需要。有限元的未来在于多物理场求解。
有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件可以帮助工程师们建立能够准确预测真实物理参数的有限元分析模型，工程师们就可以借助它来加强对物理现象的理解和认识，以大幅改进产品或过程的设计和运行。在此基础上，优化算法和自动控制的应用，可以进一步实现仅凭直觉完全无法达到的设计改进。目前的有限元分析软件大多已包含自动控制功能，并将这些功能嵌入数学和数值模型中，而优化算法也通常包含在求解过程中。
（四）多物理场仿真软件
COMSOL Multiphysics®是一种业界领先的多物理场仿真平台软件，提供了仿真单一物理场以及灵活耦合多个物理场的功能，供工程师和科研人员来精确分析各个工程领域的设备、工艺和流程。 软件内置的模型开发器包含完整的建模工作流程，可实现从几何建模、材料参数和物理场设置以及求解到结果处理的所有仿真步骤。
App 开发器支持在已有仿真模型的基础上，进一步定制开发用户界面，将其转换成直观易用的仿真 App，分享给合作者使用。模型管理器可对仿真模型进行版本管理，节省仿真数据的存储空间，实现更便捷、高效的数据管理。
COMSOL Multiphysics®仿真软件提供一致的用户界面和使用体验，其丰富的附加模块开展了软件在电磁、结构、声学、流体流动、传热和化工等领域的专业分析能力。LiveLinkTM产品提供了与CAD以及第三方软件交互使用的便捷工具。COMSOL Compiler和COMSOL Server产品支持对仿真的App管理。
二、运用多物理场仿真，助力玄纤产业化
多物理场仿真可以帮助企业在产品或者流程的设计、优化或控制环节中减少原型测试的数量和测试次数。对于企业和研究机构来说，多物理场仿真分析带来的不仅仅是成本的降低，更重要的是在激烈的市场竞争中赢得优势，为研发投入带来了更大的回报。正因如此，近年来，越来越多的企业将更多的研发资源投入到多物理场仿真中。
（一）助力关键技术装备研发
池窑是连续玄武岩纤维关键技术装备，作为新技术装备研发，通常先搞原型设计，按照设计做出实体原型，然后再试验并测试，根据测试数据再反馈进行修正。就全电熔法单元炉而言，由于影响单元炉运行因素较多，除了炉体几何结构和尺寸外，这样有电极的分布等因素以及交互影响。这些因素在熔化阶段以及澄清均化阶段，影响又有所不同，甚至有些问题很难通过我们事先设计的观测手段发现。传统研发过程，费用高、周期长。
如果采用多物理场仿真软件，建立单元炉池窑精确的数学模型，就可以把实体原型的研发搬到计算机上进行虚拟实验，看到焦耳热的产生，热传导和熔体的流动以及炉内温度场的变化，并观察到熔体澄清和均化过程。通过改变炉体几何参数和调整电极分布和插入深度，观察到虚拟炉内物理参数的动态变化，为原型设计方案提供优化的科学依据。
也可以对熔炼炉和通道连起来做仿真实验。
对大漏板的研发也可以运用多物理场仿真软件如法炮制。
也可以对熔炼拉丝整个流程做仿真实验，探求最优工况的工艺参数。
在计算机上进行实验都是十分方便和廉价的，更是低碳的。这种仿真实验会超越我们传统认知和经念，多快好省地推进关键技术装备的研发。
（二）助力复合材料制品的开发
连续玄武岩纤维增强复合材料制品开发的关键是力学结构的计算和分析。这是单一的物理场问题，是有限元分析软件运用最早的领域，应用很普遍。一般，力学结构设计都要运用有限元分析软件进行优化，通常可节约材料5%以上。如，太阳能电池板支架、风电叶片、汽车零配件等。
下图是太阳能板受风力作用的示意图。太阳能电池板周围的气流通过不可压缩形式的纳维-斯托克斯方程和连续性方程进行建模。风对电池板表面施加的力可以在电池板结构分析中用作载荷。
无数案例证明，多物理场分析工具给学术界和工程界不仅带来极大的便宜，而且还拓展了思维的边界。传统单调的“设计－校验”的设计方法将会慢慢被淘汰，虚拟造型技术将让我们的思维走得更远，激发创新的火花。
（三）合力
今天，我在这里讨论多物理场仿真问题，抛砖引玉，也有现实意义，尽管目前业内运用数值仿真技术还是空白。但是，在很多领域，数值仿真技术得到了大量的应用，取得了丰硕的成果。突破专业界限，通过内外结合形成合力，完全有希望运用好多物理场仿真技术，助力我们多快好省地攻克关键技术难题，加快产业化进程。