Technical Papers and Presentations

A millimeter-scale soft crawling robot is demonstrated that uses a similar mechanism to move efficiently in a variety of configurations: on horizontal, vertical, as well as upside-down surfaces; on smooth and rough surfaces; and through obstacles comparable in size to its dimensions. The ... Read More

高效光伏发电是以清洁能源实现未来碳中和的重要环节，然而太阳能电池在实地、连续昼夜切换的光谱下的发电效率并未得到充分优化。基于此类问题，我们提出一种使用COMSOL + MATLAB LiveLink预测全年候电池平均发电量、针对实际光谱优化电池结构的方法。 本模型涉及两个研究步骤。在研究1中，我们使用波动光学模块/数学pde计算晶硅太阳能电池中全波长下的二维光电场分布（图1(a)）及外量子转换效率，运用网格的映射大幅减少此步骤的计算时长，并使用sum + withsol的算子实现在半导体物理场中调用光学计算得出的总载流子生成率（图1(b)）。在研究2中 ... Read More

万物互联和智能工业化发展为射频集成电路和 MEMS 微纳结构器件的高密度异质集成带来了全新的发展机遇，构建逼近物理真实的建模和工程EDA 难度很大，但对芯片高质量工艺和性能的发展至关重要。射频系统内部的高密度异质集成的多物理场力－电磁－热往往是弱耦合效应，但两两之间确是强相互作用。本报告将以具体器件的多物理场强耦合相互作用的模型为例，讨论微波集成电路内部有源电路的电磁场－路协同技术以及半导体器件电－热耦合效应、新型器件FBAR滤波器内部的力－电磁－热耦合效应，以及工作频率更高的光学MOEMS微纳结构的力－电磁－热、声阻尼场的多场耦合问题。针对高密度异质集成的多物理场问题 ... Read More

工业级电解水制氢槽中存在的“气泡效应”是造成电制氢效率降低的关键因素之一。“气泡效应”是指分别于阳极和阴极产生的氧气和氢气覆盖在催化层表面并阻碍电解液与催化剂接触的现象，该现象导致电极的有效反应面积降低，进而降低了电流密度和制氢效率。为此，需要对电解槽流道内的气液两相流进行建模仿真。 工业级电解槽大多采用乳突型电极板，以实现流场的相对均匀分布。团队利用COMSOL Multiphysics软件中的双欧拉模型仿真了该流道内的气液两相流场，包括电解液的流速场和气相体积分数分布。仿真结果还验证了乳突型电极板的局部凸起和凹陷对气泡效应的改善作用 ... Read More

可微波速冻水饺作为一种冷冻多组分食品，在微波复热过程中皮料的水分损失较为严重，为解决这一问题，有必要对其复热过程中的传热传质行为进行研究。本文建立了一个以速冻水饺为多孔介质，并将电磁场与传热传质相结合的多相多孔介质模型，其中耦合了“固体传热”、“稀物质传递”和“电磁波，频域”三种物理场，并结合了麦克斯韦方程组、质量守恒方程、相变方程及能量守恒方程，以测量得到的介电特性以及热特性为输入参数，模拟了在720W的微波功率下复热速冻水饺过程中内部温度场及水分的动态分布。结果表明不同组分的食品表现出较大加热速率以及水分损失的差异，经过180秒的复热后皮料的平均温度达到90℃ ... Read More

本文研究一种新型连续流微波反应器，将高效的微波辐射技术与混沌强化混合技术耦合。运用COMSOL软件对在雷诺数为0.1至100的混相流体的传质性能和传热性能进行数值研究，以期为未来提高连续液-液化学反应的产量提供理论依据。难点在于：微波传输的不确定性使得传统实验和理论方法难以理解能量输入-吸收关系[1-2]，导致加热效率低下[3] 、加热均匀性较差[4-6]。同时，传统方法很难预测微波加热不同流体的效果，因为小的干扰和协同效应可能会导致剧烈的变化[7-11]。 本文提出了一种基于混沌对流强化的微波反应器，使用层流，电磁波，稀物质传递，流体传热等物理场，通过数值模拟理论分析 ... Read More

气体传感器在公共安全、环境监测等领域得到了广泛的应用。其中，电离气体传感器因其响应速度快、灵敏度高等优点而受到青睐。然而，电离气体传感器的应用面临着降低工作电压和减小器件尺寸等要求。因此，微纳尺度下的电离气体传感器的研究日益受到关注。本文利用COMSOL 的等离子体模块对大气压下微纳尺度针-板结构的负直流电晕放电的电学特性和放电等离子体特性进行了建模仿真。研究了电极结构、环境因素等对微纳尺度下负电晕放电发展过程和特性的影响。所得结论对微尺度电离气体传感器的优化设计具有一定的参考意义。 Read More

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... Read More

三分量阵列感应测井同时测量九个磁场分量，其丰富的分量信息可用于提取地层电阻率、地层倾 角等信息。三分量阵列感应测井理论是分析仪器响应特性、研究仪器在地层中的响应机理、设计三维分量感应仪器的基础。本文使用COMSOL有限元软件建立三分量阵列感应共面线电流源发射 —接收仪器模型，利用Compiler功能编译输出.exe文件，通过MATLAB软件执行输出，研究斜井中共面线圈系的测井响应，考察仪器周围涡流，揭示不同测井响应的影响机理。研究表明，三分量阵列感应共面线电流源响应计算模块挂接在测井数字孪生平台运行稳定，仪器共面响应取决于层厚、电导率对比度、倾角等因素 ... Read More

摘要：砾幕层是西北荒漠区特殊的地表覆盖层，是由土壤结皮和地表砾石构成的，具有抑制土壤风蚀的作用。为了探明不同砾石分布类型（不同砾石砾径占比）和覆盖度下的砾幕层风蚀破坏机理，采用COMSOL数值模拟软件，建立了砾幕层风洞风蚀三维仿真模型，调用了软件中的流体流动“单向流-湍流（低雷诺指数k-ε）”模块，进而模拟获得了不同砾石分布类型和覆盖度下砾幕层表面速度场的分布规律，探讨砾石分布类型和砾石覆盖度对砾幕层的风蚀破坏机理。研究结果表明：（1）砾石分布类型Ⅰ（中砾6%、粗粒32%、极粗砾62%）高于阈摩擦速度区域所占的面积比例明显高于砾石分布类型Ⅱ（中砾11%、粗粒33% ... Read More