Technical Papers and Presentations

液冷板因成本低和散热效率高，是目前应用广泛的散热手段之一，广泛应用于芯片、航空汽车等领域。液冷板的流道布置对其散热和均温性能至关重要，为获得性能优良的流道布置，采用设计自由度高的拓扑优化设计方法已成为主流。 在本研究中，利用COMSOL软件研究了液冷板设计中的关键问题。首先，为了提高优化结果的普适性，在多孔介质和优化模块中对流体控制方程进行了无量纲处理，以最大换热量为优化目标，以体积分数为约束，对不同进出口布置的液冷板进行了优化设计。其次，为了保证结构稳定性和安全性，考虑了流体压力对液冷板的影响，并采用了弱形式方程来实现流固耦合和拓扑优化设计的结合。此外 ... Read More

本研究以Pandax-20T超高纯氙除氡低温精馏塔大冷量回收系统换热器为对象，旨在解决液氙冷箱和再沸器内对冷热量的需求，即将再沸器内液氙汽化吸热产生的冷量通过R14节流制冷循环提供给液氙冷箱内，实现其中氙气液化（22 kW的冷量），再沸器中则产生20.6 kW的热量用于精馏汽化。在有限的空间内，为满足再沸器液氙中换热器及冷凝器气氙中换热器管路的相变换热需求，优化换热管路传热设计，避免再沸器中液膜及冷凝器中气泡形成热阻对换热的影响，本研究提出了异形弯管换热器的设计方案，以提高空间利用率、扩大管路间距并避免液膜和气泡的形成。为了验证设计方案的可行性 ... Read More

微磁学仿真(micromagnetics simulation)是自旋电子学与磁学领域中重要的一种重要的研究手段，本质上通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程来对磁性体系中磁矩的动力学进行仿真。微磁学仿真的主流软件以开源为主，包括OOMMF、Mumax3等，然而其在工程上的应用以及与多物理场耦合的扩展性仍有所不足。我们基于COMSOL的Physics Builder创立了微磁学仿真模块，不仅能够实现已有的微磁学仿真功能，还能够与COMSOL内置的多物理场进行耦合，如磁弹耦合、磁光耦合、各向异性磁电阻等，为学术研究和工程应用提供了新的接口 ... Read More

As the ultrasonic sensor industry evolves towards lower costs, miniaturization, higher integration, and superior performance, Microelectromechanical Systems (MEMS)-based ultrasonic transducers have emerged as a prominent trend. This article introduces a Piezoelectric Micromachined ... Read More

传统光学镜片在制造后规格固定，无法调节。尽管空间光调制器（SLM）能够实时调制光的相位或强度，但其分辨率、速度和功率限制使其在高功率或高帧率应用中表现不佳。可变形镜（DM）和微透镜阵列（MLA）因反馈回路复杂和响应速度较慢，难以满足超快脉冲激光器的要求。声光效应通过调节介质的折射率来实现光束调制，为克服这些局限性提供了有效的解决方案。在本研究中，我们使用了 COMSOL Multiphysics® 软件中的压力声学、固体力学、电路、几何光学和静电场模块进行仿真。首先，我们开发了一个二维声学透镜模型，以模拟液体在压电陶瓷片振动影响下形成的声压场 ... Read More

可变轴透镜（Variable Axis Lens, VAL）通过在物镜内引入不同类型的偏转场来实现透镜光轴的移动，以达到降低系统离轴像差的功效，尤其是在高分辨率大扫描场、大视场成像的应用环境下。所给定的复合结构模型在前期的网格划分阶段，通过在不同计算区域采用差异化的网格划分模式，在保证计算精度和模型收敛性的前提下，优化模型的计算时长和内存占用，尤其是对粒子束轨迹可能遍历的区域进行加密处理。通过结合COMSOL Multiphysics的AC/DC模块和粒子束追踪模块，实现了带有纯磁偏转场的VAL三维场分布和离轴电子束轨迹计算 ... Read More

新能源汽车电池液冷板的设计优化对提升电池性能和保障安全至关重要，本研究基于拓扑优化设计，设计提出拓扑结构、矩形/梯形结构和复合结构的液冷板。为探究四种液冷板的散热性能，以电池模组为研究对象，以传统的并联矩阵形液冷板为对比，利用COMSOL内置材料模块定义液冷板材料，通过几何、传热模块和化学物质传递模块添加物理场，耦合接口的设置中流体流动为层流，传热方式位固体和流体传热。在依次完成网格划分和独立性分析后，对其进行CFD仿真实验。结果显示拓扑结构模组的冷却能力和电池均匀性最好。同时对以上四种液冷板进行加工制作进行实验，仿真与实验数据最高温度差不超过2.1K ... Read More

新能源汽车电池液冷板的结构优化设计影响着电池的性能和安全，本文引入拓扑优化方法对电池模组的液冷板结构进行优化设计，对涉及到的相关参数进行影响性分析。在COMSOL Multiphysics中对电池液冷板拓扑优化结构设计进行理论计算。通过传热与流体流动模块建立共轭耦合的拓扑优化结构模型，在拓扑优化模块中引入Brinkman惩罚函数和Darcy差值模型，得到针对于不同结构的耦合方程数学模型和无量纲方程，通过亥姆霍兹过滤和双曲正切投影方案，建立正确的目标函数和数学模型方程，根据移动渐进线方法对设计变量进行迭代计算，最终得到随迭代次数变化的拓扑结构 ... Read More

气体扩散层（GDL）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键部件。本文将蛇形流场PEMFC7个区域的压力、氧气和水浓度参数作为各区域GDL优化的边界条件。使用拓扑算法优化各区域的GDL结构，计算孔隙率和渗透率，以提高GDL的传质能力，提高电池效率。研究了优化孔隙率和渗透率对PEMFC的优化效果。Comsol仿真结果表明，将初始孔隙率设置为1具有更好的优化效果。渗透率的增加可以提高传质能力，但渗透率的优化效果不如孔隙率优化显著。优化GDL的孔隙率可以提高传质能力和电池性能。优化孔隙率引起的渗透率变化会损害电池性能，但其对电池性能的影响小于孔隙率的优化效果。因此 ... Read More

压电材料在受到机械应力时会产生电压，这种性质使压电材料在声波传感器领域具有广泛应用。湿度的测量和把控广泛地应用于粮食贮存、气象预报与加工以及国防建设等各个领域。当今社会对各种成本低、性能优异的湿度传感器的需求正在日益上升。石英晶体微天平（QCM）具有高灵敏度、无需物理接触、体积小、易于集成等特点，通过在石英晶体微天平表面覆盖一层能够响应水分子的材料，可以监测环境中的湿度。这种材料能够吸收和解吸水分，从而改变石英晶体的质量，进而影响其共振频率。通过检测这一频率的变化，我们可以准确获取周围的相对湿度。本研究利用有限元软件COMSOL的多物理场耦合功能 ... Read More