Technical Papers and Presentations

随着新能源产业的发展，社会对于储能装置的需求也越来越大。锌空气液流电池以其高能量密度、低廉的价格以及良好的安全性和稳定性引起了广泛的关注。然而，对于锌空气液流电池内部机理研究的缺乏限制了锌空气液流电池的进一步发展。这项工作通过COMSOL建立了一个三维锌空气液流电池的模型，研究了锌空气液流电池内部传输过程以及性能提升机理。模型使用了电化学模块，化学物质传递以及CFD模块。使用电化学模块中的二次电流分布耦合化学物质传递中的稀物质传递和浓物质传递来刻画电池的电化学反应和物质传递的过程。因在化学物质传递中存在对流传递项，因此 ... Read More

通过COMSOL多物理场仿真软件，采用磁流体近似模型，进行等离子体模型建立时，首先建立二维轴对称几何模型，定义内置材料，设置等离子体内部反应方程式以及边界条件，其次进行网格剖分，最后通过研究和计算，得出仿真结果，从而对一维绘图和二维绘图进行研究。 在对等离子体模块进行学习过程中，学习COMSOL案例库中等离子体模块中直流放电“positivecolumn2d”模型和电感耦合等离子体“argongecicp”模型，对自己理解等离子体模块帮助很大。 此项关于等离子体破缺性研究的过程中，使用等离子体模块，根据不同的内部气体压强的变化 ... Read More

由于在电弧增材制造过程中复杂热循环和残余应力分布，会使沉积层产生较大的变形甚至开裂。本文建立了基于COMSOL软件的单道多层三维热力耦合模型，研究了不锈钢单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性、变形及应力场分布。结果表明：不锈钢单道多层沉积过程中，前五层沉积焊缝对基板的变形影响较大，后续的沉积层对基板影响较小；沉积成形过程经历了快速加热、快速冷却的过程，随着层数的增加，热累积效应明显，相邻两层甚至多层出现重熔；在焊缝和基板的接头部分应力最大，易产生裂纹等缺陷。 Read More

在微波加热中，其加热效率及加热均匀性一直是研究的热点问题。本文利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件的RF模块对一个长方体谐振腔的电磁功率分布进行仿真研究。对谐振腔内环氧树脂材料负载上的电磁功率、功率变异系数以及归一化体积等特征值进行对比分析，研究改变腔内金属隔板的几何形状、尺寸对负载加热效率及加热均匀性的影响。仿真结果表明：在谐振腔内部增加金属板能够提高加热效率，隔板几何的变化会影响加热效率和加热均匀性。最终文中给出了当隔板分别为正方形、圆形时，获取加热效率较高同时加热均匀性较稳定对应的隔板参数设置。研究结论可以为谐振腔的设计提供指导意见。 Read More

微波合成法由于速率快、产率高而在材料制备尤其是有机金属框架材料（MOFs）合成中广泛应用，但微波不均匀分布会引起溶液内局部过热，使得操作条件的改变对产品形貌有极大影响。因此，我们通过数值仿真模拟MOFs合成过程，探究微波条件对合成环境的作用规律。采用Comsol Multiphysics中的“电磁波，频域”物理场模拟微波腔内的电磁场分布，用于计算“非等温流动”中传热方程的广义热源，由此模拟反应器内的温度分布。模拟结果显示，微波加热远快于自然对流传热速度，使溶液中有较大的温度梯度而形成局部过热现象。通过参数化扫描对操作条件进行分析，发现过热点的形成和分布状态受设备参数 ... Read More

已有研究结果表明，利用微波加热技术可使页岩气储层中产生裂缝，促进页岩气的增产。尽管在实验和数值上进行了广泛的研究，但在当前工作中样品尺度上的加热和矿物尺度上的破裂被分别、单独表示，微观观察结果并没有得到充分的解释。此外，目前的研究方法没有充分考虑不同矿物的几何形状、尺度和应力状态之间相互作用。本项工作提出了一种研究电磁热应力耦合损伤过程的新方法。在样品尺度上对微波加热进行模拟，并在微观尺度上对由此产生的应力-损伤响应进行模拟，其中具有不同热、力学特性的矿物以薄片形式堆积，而不是像以前工作中的内部嵌套。在页岩样品中观察到一个三阶段的温度上升曲线，但不一定在所有岩石中体现 ... Read More

锂离子电池在过充的情况下，由于负极余量不够会在负极表面析出一层锂金属，一方面，析锂会造成大量的锂离子损失，造成内阻增加和容量衰减；另一方面，如果析出的锂继续增长会生成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜造成内部短路触发热失控，对电池的安全性造成极大的威胁，因此检测析锂对电池管理系统至关重要。该工作采用COMSOL Multiphysics中的锂离子电池模块，通过增加析锂动力学方程的方法，为26650圆柱形锂离子电池建立了过充条件下的析锂模型，并通过实验进行了验证。通过研究在0.2 C和0.5 C倍率下过充至4.5 V，4.6 V，4.7 V，4.8 V，和4.9 ... Read More

在岩石传热、岩石渗流以及一些和多孔介质有关的领域的仿真中，不可避免的需要用到随机几何。但是三维随机几何建模几乎无法手动完成，必须借助于程序自动建模。利用comsol的API接口结合Java语句可以实现这一功能。在comsol的app开发器下的方法中能够进行代码的编辑。具体创建思路如下：假定物体为一个111的块体，然后在块体中生成位置随机、角度随机的椭球体。随机性可以用random函数保证，但是这样生成的椭球会重合。为了保证生成的椭球不重合，需要先生成第一个随机椭球，并添加进累积选择中(CumulativeSelection)，然后将累积选择 ... Read More

利用流体力学模型使用COMSOL软件进行潘宁离子源结构的建模，通过该软件试图找出潘宁离子源的最优结构。离子源结构被广泛的应用在各个领域，有着重要的作用，因此找到离子源的最优化结构是值得研究的课题。 主要使用COMSOL软件的等离子(plas)模块，添加AC/DC模块多物理场进行电容耦合计算，几何模型采用二维轴对称来构建离子源结构。使用COMSOL建立并模拟潘宁离子源的操作步骤主要是以下部分：1，先建立离子源的几何模型，通过手动一步一步绘制或者通过导入模型都可以达到一致的效果。2，设置材料。根据潘宁离子源的实际情况对先绘制的几何模型的各个部分进行材料给定，包括 ... Read More

目前大部分研究集中于空气声学领域，水下声学超材料的报道相对较少。由于水的声学阻抗远大于空气，所以水下声学超材料的设计思路与空气中的相比有很大的不同。针对水下声学超材料，人们提出了一种声学软超材料的概念，即把密度或体积模量远小于水的材料填充在水介质中来构建超材料。然而如何有效且有实际应用价值地制备声学软超材料，仍然是一个难题。本工作通过结合3D打印和材料表面疏水性质，提出了一种制备以气泡为共振单元的超材料的通用方法。利用3D打印的方法制备表面疏水的镂空框架结构，将其浸没入水中后镂空框架中就会形成气泡。这种方法能实现水下三维气泡阵列的快速制备，气泡的形状、大小 ... Read More