Technical Papers and Presentations

天然气掺混氢气后进行燃烧发电能够降低温室气体二氧化碳的排放。在燃烧前，两种气体需要经过静态混合器以保证氢气与甲烷充分混合。此研究根据实际工况条件，建立甲烷和氢气混合的热力学及动力学模型，对比两种气体在不同几何构型混合器中混合后的均匀程度。基于混合工艺条件，首先比选了不同的甲烷氢气混合体系的热力学模型，确定了合适的混合气体密度、黏度以及分子扩散系数的计算方法；其次通过计算流体力学建模，分析了工业上常用的T型管、KSM螺旋式静态混合器和一种基于倒圆锥台几何构型的混合器在甲烷和氢气混合上的性能。以模拟计算出的分离强度作为对比指标 ... Read More

使用COMSOL Multiphysics计算了硅基锂离子电池在不同硅颗粒大小，电池放电倍率及固体电解质界面几何均匀性三个条件下SEI的稳定性。仿真结果表明，当硅颗粒半径从800 nm减小到600 nm和400 nm时，失效时间分别增加到原来失效时间的129%和165%。当结构缺陷深度比从0.6降低到0.4和0.2时，破坏时间分别增加到174%和237%。放电倍率方面，与0.1C相比，0.2C和0.3C下的失效时间分别延长至134%和239%。依此证明了减小硅颗粒粒径，人工设计结构均匀的SEI，采用较小倍率运行电池都是提升SEI稳定性的手段 Read More

本文介绍一种使用COMSOL Multiphysics 软件进行电声和电磁器件仿真的方法。电声与电磁器件在工作过程中通常涉及电磁能-机械能-声学的多物理场的转换，因此与COMSOL Multiphysics的特点十分契合。与上述三种物理场对应，在仿真过程中需要使用AC/DC模块、结构力学模块和声学模块，最终获得BL值、频响曲线等预测物理数值以及声压分布图、磁通密度分布图这种更具直观视觉效果的物理数据3D彩图。上述仿真方法通常会遇到以下问题，首先是几何网格剖析密度的选择，需要对结果准确度和计算效率进行平衡取舍。第二是随着材料学科的迅速发展，COMSOL ... Read More

（1）研究内容及难点：电极腐蚀是电润湿器件主要失效模式。鉴于电润湿核心功能层（疏水绝缘层）多为多孔结构的现实，电场作用下导电流体在孔径中的传输行为对理解电极失效机理有重要意义。本文拟通过引入电渗流、电毛细耦合作用，揭示疏水绝缘层中复杂交错的孔洞内部流体运动规律，预测穿透孔径形成腐蚀通路的阈值条件。该研究的难点主要是需要考虑纳米孔洞中存在的空气域，需要计算纳米孔洞中电渗流如何挤压空气域到达绝缘层底部的电极表面。 （2）COMSOL Multiphysics仿真：仿真运用两相流和静电场，由于疏水绝缘层材料接触水后，会产生负的表面电荷，以及在电场的作用下，由Young ... Read More

在处理波导驱动的磁性材料时，需要用到本课题组基于COMSOL平台开发的微磁学模块[1-3]与COMSOL自带的射频模块耦合。两个模块的耦合方法为互相交换一个物理量：微磁学模块将解出的磁化强度m导入到电磁波模块本构关系的磁化强度中；而电磁波模块将解出的磁场强度h添加到微磁学模块的有效场中。 依据任务的不同，我们可以选择不同的电磁波模块。对于求解静磁自旋波的问题，AC/DC中的mfnc模块即可符合需求。该模块既可以与微磁学频域模块联合进行频域求解，也可以与微磁学时域模块联合进行时域计算。但是对于存在电磁波导的问题，由于我们有端口的需求，以及体系具有可比拟几何尺度的电磁波长 ... Read More

石英陶瓷因其低密度、低导热率、高透波性、耐化学腐蚀等优良的综合性能，在各型雷达天线罩体热防护结构中得到了广泛应用。热防护结构在服役时易受到高温烧蚀损伤，使用压电-导波技术对损伤进行结构健康监测（SHM）具有重要意义，成为当前研究热点。本研究借助COMSOL Multiphysics的固体传热、变形几何、固体力学、静电等物理场对石英陶瓷结构的高温烧蚀过程及压电-导波传播过程进行多物理场直接耦合仿真建模研究，仿真结果再现了石英陶瓷结构在烧蚀过程中的密度、弹性模量、几何形貌等损伤参数变化，以及导波与烧蚀损伤的相互作用。结果表明，导波对于石英陶瓷表面高温损伤是敏感的，基于压电 ... Read More

为了证明膨胀对电池厚度变化的影响，传统p2d模型耦合移动边界法新建立了一个模型。对复合材料的比例进行了详细分类，以准确分析两种材料对容量的贡献。此外，还研究了电极设计（如活性层厚度和负极孔隙率）以及工作条件对电池电化学性能和厚度变化的影响。当硅含量增加并改变电极结构时，容量贡献率从 85% 增加到 92%。当孔隙率从 40% 增加到 60% 以及负极活性层厚度从 55 μm 增加到 85 μm 时，容量利用率分别从 58% 到 79% 和从 68% 到 59% 不等。在速率测试中，当速率从 0.5 C 变化到 2 C 时，电池厚度变化从 2.49 μm 减小到 1.56 ... Read More

磁性和弹性是材料中最基础的两种性质。由于磁弹耦合作用，磁性材料的某些声学模式可以显著地影响其磁性模式，反之亦然。利用磁弹耦合作用可以实现声波的非互易性传播、声波驱动的磁畴壁和磁斯格明子、声波辅助的磁化翻转等等。 我们利用了COMSOL Multiphysics内置的固体力学模块以及课题组开发的微磁学模块。我们可以在时域中仿真磁弹耦合波的传播、磁结构的稳定和运动，可以在频域中仿真磁弹耦合波的本征模式、磁斯格明子的呼吸和旋转模式。在频域中，我们利用floquet边界条件设置布洛赫周期并进行参数化扫描，可以更快速地计算磁弹耦合波的能谱。 通过COMSOL ... Read More

磁性斯格明子是磁性系统中的一种准粒子自旋结构，其受拓扑保护和易被自旋极化电流驱动的性质使其在赛道存储器、自旋逻辑门、神经形态计算等应用领域备受关注。基于自主开发的COMSOL Multiphysics的微磁学模块，我们设计了一种具有周期性缺陷纹样的斯格明子赛道，利用空间结构的不均匀性和垂直磁各向异性产生对斯格明子的强钉扎效应以实现数据寄存，通过操控极化电流脉冲产生的自旋轨道力矩实现斯格明子在缺陷位上的定向跳跃以实现数据移位，并可在初始位上生成不同的斯格明子序列以实现数据串的整体操控。该模型设计已在室温下的Ta/CoFeB/MgO多层膜体系中通过实验证实。 Read More

铁磁材料中的各类磁织构有望为新一代信息处理与存储的硬件方案奠定基础，比如磁畴壁和磁性斯格明子(skyrmion)等。基于本课题开发的COMSOL微磁学模块可以仿真介观层面上磁性材料内磁矩的动力学行为，即求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程。在本工作中，我们利用COMSOL微磁学模块计算了铁磁体系中两类磁织构的动力学行为。首先，在准一维的铁磁体系中，两个180°磁畴壁之间由于交换相互作用产生近程的拓扑排斥效应，因此通过塞曼场将它们挤压在一起可以生成一个360°磁畴壁，这个360°磁畴壁中存在一维自旋波的束缚态。其次，在准二维的铁磁体系中 ... Read More