本期推送整理了粉丝们的咨询提问，结合工坊自身的认识，小结了几个使用COMSOL计算等离子体时的六个未解之谜
计算工坊开设以来，每天都能收到一些提问和资讯，工坊君发现，涉及数值模拟部分的，大部分都和COMSOL有关——可能对于没有时间或基础编写代码的研究者而言，大概这是目前唯一比较容易上手又容易获得的（你懂的）可以用于等离子体数值模拟的商用软件了吧。（其他商软还有U/Vsim,Pegasus等，但是这类软件纯粹由国内的非学术代理商转包，透明性和用户圈极小，遇到物理/数值问题无人求助讨论） 本期推送整理了粉丝们的咨询提问，结合工坊自身的认识，小结了几个使用COMSOL计算等离子体时的六个未解之谜。 模型之谜 未解之谜一：弹性碰撞有什么用？COMSOL中的等离子体模块，将等离子体通过流体的方式描述，求解密度和能量的连续方程。通过在模型中添加化学反应来表述组分的产生和损失。那么问题来了，在所有的COMSOL案例中，都有一个不产生任何新组分的“弹性碰撞反应”（如下图），而且还要再模型界面中指定电子/质量比和反应可逆类型。
COMSOL的等离子体模块既不计算电子能量分布函数，也不采用粒子方法，那么这个弹性碰撞反应是干什么用的呢？ 未解之谜二：时间步长怎么改？COMSOL提供了一系列复杂绕脑的参数让用户指定时间步长的计算方法（如下图），对于定位用户友好的计算软件，这可一点不友好，工坊君至今也没做到（也没兴趣）搞清楚所有的参数的意义和对计算结果的影响，只知道可以在这里设定一个时间步长的允许范围。
另一方面，抛开物理意义谈时间步长就是耍流氓。等离子体计算耗时耗力，在时间步长上的要求非常苛刻（见往期推送模拟tips（四）：等离子体时间尺度与CPD步长），工坊君却没有发现通过物理参数定义时间步长的接口。如果仅以数学意义上的残差等作为步长的控制要素，或者手工指定步长范围，后果不是无法收敛，就是计算时间太长。 收敛之谜 未解之谜三：边界条件都和案例库里一样，为什么一算就发散？这大概是粉丝提的最多的问题了。这种情况大多发生在气压较高的时候。高气压下等离子体放电尺度急剧缩小（尤其是在还需要耦合泊松方程的时候），对时间步长和计算网格要求更高，基本限制住了可以计算的空间尺度（见往期推送模拟tips（三）：等离子体空间尺度与CPD网格）。这种情况工坊君一般会建议先把计算气压缩小100-1000倍测试一下，如果不发散了，那么就乖乖设一个密不透风的网格，匀出一大段时间来计算吧。 未解之谜四：为什么能算几个周期，然后就又发散了？这，真的是未解之谜了，可能和误差积累有关。有时候COMSOL给出的错误信息，对于用户基本没有什么参考意义（比如“在element XXX 共轭 XXXX 刚度 XXX”什么鬼，告诉这个信息意思是用户能去改还是要怎样）。 耦合之谜 未解之谜五：把等离子体和流体两个模块都选中并且耦合了，为什么一算就发散？COMSOL 4.X 系列里不同模块之间的耦合需要通过在各个模块引入一些中间量传递数据，比如把放电中的焦耳热作为热源传递给流体方程；不过在COMSOL里，工坊君从来没有成功实现过内置等离子体模块和流体模块全耦合同时运行，一般都是算好一个模块，把结果做初值来算另一个模块。 COMSOL 5.X在一定程度上把多物理场耦合部分给用户封装好了，变成了黑箱操作。除了概念性的东西，工坊君再也不知道COMSOL中这些物理场之间究竟是怎么耦合的了。 可靠性之谜 未解之谜六：为什么我用COMSOL计算的结果和文献中的结果不一样？可靠的数值模拟程序应该经过两个步骤的验证：一，复现已有的经典计算结果证明程序算法可靠；二，在第一步通过的基础上，复现实验结果证明程序模型正确。 第一步无法复现的问题，一般是因为COMSOL背后的算法是“标准伽辽金方法”且采用了热平衡假设（电子能量分布函数Maxwellian分布），工坊君的理解，“标准伽辽金方法”和中心差分方法类似，仅能求解低速、扩散运动占优问题。这种算法对于求解固体力学、结构问题具有天然优势，但是求解一些高速运动的流体力学/等离子体动力学问题会失真，详见本期的另一篇推送。对于COMSOL用户，建议参考已经发表在高水平杂志上的，同样采用COMSOL计算的结果作为基准。 由于上面这些未解之谜的存在，如果使用COMSOL模拟等离子体，一定要慎之又慎尽量避开这些雷区。比如往期推送《论文速读（四）：大气压滑动弧数值模拟》，模型作者在COMSOL中通过引入准中性假设、双极扩散假设来避免求解全耦合的电子连续方程+泊松方程，大大放宽了网格/步长限制，将滑动弧问题简化为了流体+自定义PDE模块，得到了很好的结果。本期其他推送中，也给出了一些克服COMSOL算法缺陷后的修正解。
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