Technical Papers and Presentations

可穿戴设备是近几年发展最快的电子产品之一，但是目前电池寿命仍然不够长、换电池代价高等问题制约进一步发展。为解决该问题，本文提出一种可拉伸式压电振动能量采集器，通过转化肢体运动的能量直接为设备的供能。该器件由柔性衬底、压电铁磁性悬臂梁以及磁铁组成。当衬底被拉伸，悬臂梁从磁铁上分离，进入高频振动发电状态；当衬底从拉伸状态恢复，悬臂梁被磁铁吸引，再次高频发电。本工作先建立器件 3D 模型，用 COMSOL 结构力学得到的前三阶模态阵型，并和解析计算结果进行对比，阵型函数很相近。采用压电设备和 AC/DC 电路模块进行多物理场耦合：在特征值研究中 ... Read More

石油开采过程中，油田广泛采用多分支水平井技术以提高产量，因此研究多分支水平井对油气井产能的影响具有重要意义。本文应用达西定律接口，建立不同井眼几何尺寸的多分支水平井二维模型，分别计算产量。并且应用 COMSOL App 开发器，建立了多分支水平井 APP，可以方便非专业人士的使用。计算结果表明：（1）侧向井段长度对多分支水平井产能影响显著，侧向井段越长，产量越高；（2）侧向井段与主井眼夹角，在 25°~ 55° 时，产能较大，角度为 15° 时产能较小，同时夹角对产能的影响随开采时间逐渐增大。建议生产过程中，适当增加水平井对应的侧向井的长度，进而获得更多的油气资源 ... Read More

摘要：油气勘探开发实践表明，主要油气层段中会存在 1.0m 以下的薄油气层。地质研究及试油试气结果证实，如果措施得当，这类薄储层也能获得较好的产能。为了研究高分辨率阵列感应测井仪器在含薄夹层地层中的测井响应特性，基于 COMSOL 软件 AC/DC 模块中的磁场模块，建立高倾角含层内夹层的三维地层模型，在改变目的层厚度 H、倾角 θ 及层内夹层厚度 Hj 等参数的情况下，计算低阻围岩情况下（围岩电导率 0.1S/m，目的层电导率 0.01S/m）阵列感应仪器发射源位于不同位置h时的测井响应，通过 LiveLink™ for MATLAB® ... Read More

磁声电成像能够将超声成像和电阻率成像的优势结合在一起，促进电阻率和超声成像方法在各个领域内的应用。本文提出两种磁声电正问题模拟的计算方法，即采用电流连续性定理和耦合场直接计算的方法计算相应的磁声电信号，采用 COMSOL 软件建立二维仿真模型，利用压力声学模块、∆u系数型偏微分方程模块、磁场模块进行了两种方式的磁声电正问题仿真。仿真结果对比表明，对于磁声电的正问题计算过程，两种方法结果完全一致，均可采用。 Read More

针对非铁磁金属板的缺陷检测问题，进行了电磁超声无损检测技术的数值模拟及实验研究。电磁超声换能器工作机理复杂，已有的仿真大多是针对发射过程，并且被测体不含缺陷。本研究采用 COMSOL 软件建立了超声发射、电磁超声换能器接收的二维有限元模型，对被测体有无缺陷时线圈接收到的电压信号进行仿真分析。根据发射频率和超声导波的频散特性，设计并制作了回折形线圈，然后研究了线圈导体尺寸以及线圈提离对电磁超声换能器性能的影响，并对有无缺陷的铝板进行了实验研究。结果表明：仿真中线圈接收到的电压信号能够反映缺陷的位置，实验结果与仿真结果相吻合。 Read More

电阻抗成像（EIT）技术由于分辨率较低受到专家学者的诟病，而EIT与超声技术两者的结合以及 EIT 与磁共振技术两者的结合可以提高成像的分辨率，但仍分别存在电极射频屏蔽效应以及分辨率难以进一步提高等问题。本文将磁共振成像技术和磁声电技术优势互补，采用低频振动进行激励，提出了一种新的动电成像方法，并采用 COMSOL 软件建立了二维仿真模型，使用 PDE 模式对动电阻抗成像的正问题进行了仿真研究，利用 COMSOL 的仿真结果结合Matlab软件进行了反演，实验结果可以反映出仿真模型内部的电导率分布，能够解决上述电阻抗成像结合技术存在的问题。 Read More

为提高长距离大容量输电的经济性，我国采用特高压直流技术。随着特高压工程的建设和民众电磁环境意识的增强，电磁环境成为影响输电线路结构和建设费用的重要因素。合成电场是特高压输电工程的电磁环境效应之一，其由导线电荷产生的标称电场和空间电荷产生的离子流场组成。标称电场的计算是合成电场计算的前提，本文采用 COMSOL 软件计算了 ±800kV 直流输电线路周围的标称电场。 Read More

生命现象中存在许多复杂的时空调节机制，以便对一些生物活性因子进行合理分配。其中，最为常见的是动态的时空浓度梯度，即随着时间积累，空间各处浓度将不断地发生变化；这一过程对于生物体来说是十分重要的。 本文受生物体系中，扩散过程中快速可逆的超分子结合作用调控浓度梯度的启发，报道水凝胶材料中快速可逆超分子结合调控物质浓度梯度的概念。在接有环糊精的水凝胶基质中，客体分子偶氮苯的扩散受超分子结合的影响，产生与自由扩散不同的浓度梯度分配。 模拟过程运用了 COMSOL Multiphysics 5.2中化学反应工程下的稀物质传递模块。建立一个长 5mm、宽 2mm、高 0 ... Read More

海洋油气开采的过程中，油气在海底通过海底管线进行运输。当雷诺数改变时，海底管线周围的流场也会相应发生改变，因此研究管线周围流场分布对分析管线受力情况至关重要。本文研究了海底管道在层流和紊流的情况下，不同流速，不同的床面粗糙度以及不同位置海底管线等情况进行了建模和分析，绘制了不同情况下流场分布图。计算结果表明：（1）同一位置，不同流速下，海流绕流管线形成的流场不同，当流速超过某一限定值后，会出现涡流。（2）不同位置，相同速度下，海流绕流管线形成的流场有所不同。通过数值模拟，对不同情况下的管线受力情况有了清晰的认识，对工程实际操作可以起到指导作用。 关键词：海底管线；海流力 ... Read More

干热岩致密且天然裂缝发育，能否有效激活天然裂缝、提高储层连通性是高效开发干热岩地热能的关键。流-固-热耦合作用下的裂缝剪切滑移机制是其关键科学问题之一。本文基于 COMSOL 多物理场计算平台，建立干热岩压裂裂缝剪切滑移模型，综合考虑热储层与注入流体换热、原地应力、缝内净压力、裂缝面摩擦系数等原位参数，得到了裂缝剪切滑移加速度与位移、速度与位移、位移与时间以及摩擦力与位移的变化规律。同时研究了材料属性、法向加载路径、切向载荷和摩擦系数等因素对极限滑移距离的影响规律。结果表明：裂缝极限滑动位移（极限滑动距离）受岩石弹性模量、裂缝面摩擦系数 ... Read More