Technical Papers and Presentations

生命体系中，位于细胞上的各种离子通道精妙的调控着各种生理生化过程。以此为原型，各种各样的仿生纳米体系也被相继开发，其中，纳流二极管研究领域更是发展迅猛。然而，现有的关于纳流二极管的研究都是通过 pH，电压等外界刺激改变表面固定功能基团的电荷类型从而调节纳流二极管的方向，这大大限制了纳流二极管功能的调控自由度。于是，我们制造了一种通过光响应的同时可以进行 pH 调节的“即插即用”双向纳流二极管。该体系基于聚合物单纳米通道，通过化学接枝，利用光响应主客体作用原理实现“即插即用”功能。通过实验实现了实验设计，并利用理论模拟进行仿真分析。模拟过程使用 COMSOL ... Read More

非常规能源页岩气的开采得益于深部储层大规模水力压裂，页岩气在储层基质孔隙、天然裂缝和人工裂缝等通道的流动性影响页岩气的产气速率。建立多空介质流动、固体力学以及传热多场耦合的二维多尺度数值模型，分析页岩气解吸附、扩散、渗流过程中储层内基质与裂缝中渗透率和孔隙率的动态变化，对于页岩气藏的产气速率有指导意义。研究结果表明：储层压裂阶段，大规模网状裂缝导致裂缝内部孔隙率和渗透率升高，页岩气解吸附导致有效应力升高基质收缩，基质空隙率和渗透率上升，页岩气产气速率较高。页岩气从孔隙到裂缝的流动过程导致储层内部的孔隙压力降低，储层内的压力下降，在上覆岩层的压力作用下孔隙缩小裂缝变窄 ... Read More

车辙作为沥青混凝土路面特有的一种破坏形式，表现为沿道路纵向在轮迹带位置处路面产生的带状凹槽。车辙的出现不仅影响行车舒适性，而且威胁行车安全性。对路面车辙深度的有效预估可以为路面结构设计提供重要的指导。现有的车辙预估方法主要包括经验法、理论法、半经验—半理论法和有限元法。 本模型采用 COMSOL 有限元软件模拟路面车辙的发展情况。首先，建立路面结构模型，定义材料热参数、外部环境温度和太阳辐射强度等环境热参数，使用“表面对表面传热”功能模拟路面表面的辐射和对流传热过程，在固体传热模块进行路面温度场的计算分析；然后，定义材料的蠕变参数，施加等效车轮荷载 ... Read More

微型扬声器数值仿真分析包括对零件、扬声器单体、扬声器箱体仿真，按照物理场可细分为电磁、力学、声学仿真。微型扬声器结构较为复杂，不同于大喇叭成轴对称分布，仿真中若将电磁、力学、声学耦合会大大加长求解时间，也极难收敛；基于此，可以将几何简化并对仿真模型进行分部处理后再耦合。COMSOL 的灵活建模方式为产品设计及分析提供理论计算平台,可大幅减小产品开发周期及成本；进一步的将探索振幅对称性、振动模态分析、音圈发热及产品散热等可靠性评估。 Read More

随着磁共振成像在细胞显微成像等领域的广泛应用，磁共振成像系统的微型化成为现在研究的热点之一。梯度线圈作为磁共振成像系统的核心部件，其尺寸、磁场梯度值和电感等性能将直接影响磁共振成像系统的尺寸、成像分辨率和成像时间等参数。因此，在微尺度下高性能的梯度线圈设计是磁共振成像系统微型化面临的重要挑战之一。而传统的梯度线圈设计方法如目标场法、流函数法需要通过多圈线圈近似，线圈的圈数会直接影响到该方法的计算精度，圈数越多近似的精度越高。在实践中，为了使所有路径中的相等电流流动，必须引入电流回路。这些回路中的电流产生磁场没有增强梯度磁场，反而会抵消一部分有用磁场削弱梯度线圈的效率 ... Read More

建筑发生火灾时玻璃受热破裂发生脱落行为对于火灾的发展有显著的影响。玻璃暴露区域热膨胀使得遮蔽区域受到拉应力直至发生破裂。而后，玻璃发生脱落，形成新的通风口加速火蔓延。本文采用 COMSOL 有限元的方法建立了风载荷作用下火灾中玻璃的三维物理模型，使用 Coulomb-Mohr 判据来判断玻璃是否发生破裂，研究了玻璃发生首次破裂时间和应力场分布，模拟结果与实验结果的首次破裂时间的相对误差小于 3%。本研究也为建筑防火和结构抗火提供理论基础和技术支撑。 Read More

为了研究纳秒脉冲针-板放电过程电子分布等微观过程，建立了二维对称结构计算模型，开展数值模拟研究，得到了电子数密度、电场强度、电子温度和离子数密度等分布规律以及放电通道的形成过程。研究表明放电通道由针尖处开始向阴极形成，在放电过程中，电子数密度随着电压升高而逐渐增大，达到击穿电压时开始急剧增加，在电压峰值后，随着电压的降低，电子数密度开始逐渐下降，但是开始下降的时间点滞后于电压峰值点，并且电子数下降的速度小于电压降低的速度；电场强度和电子温度先在针电极处达到一个极大值，其后随着时间的推移逐渐减小，最大值始终位于轴线处，放电通道发展到阴极时 ... Read More

车辙是一种在高温天气下会迅速发展的沥青路面病害，严重影响行车安全。由于沥青混合料是温度敏感性材料，其力学参数将随温度发生改变，因此，要对车辙进行准确预估，就必须获得路面结构内实时变化的温度场。 建立一个三维路面结构，分为六个结构层，分别定义各层的材料参数；选择传热模块中的表面对表面辐射传热，并在环境设置中选择路面结构所处地区的气象站数据；然后添加一个外部辐射源，源位置为太阳，并输入被辐射位置的坐标；设置路表面为漫反射表面，且与外界进行强制对流换热，侧面为热绝缘，底部为恒温。将漫反射表面中的表面发射率与吸收率设为变量，在计算中进行参数化扫描 ... Read More

我们分别使用一个 2D 等离子体射流模型和一个 1D 放电模型来研究了脉冲等离子体射流中 OH 自由基的产生机理。对处于空气环境下的等离子体射流，我们发现产生 OH 自由基的反应主要有 H2O 的电子碰撞电离，H2O+ 的电子中和以及 H2O 被 O（1D）分解。其中 H2O 的电子碰撞电离所占比例最大。工作气体中额外的 N2，O2，空气和 H2O 使得管外的 OH 自由基密度有了少量提升，这也是由Penning电离产生的更多的电子引起的。另一方面，所增加的 O2 和 H2O 也大大增加了管内 OH 的密度，这分别是由于O（1D）浓度和 H2O 浓度的上升。在脉冲关闭时 ... Read More

摘要 目的：大气压非平衡等离子体技术在食品安全方面凸显巨大潜力。探究空气 DBD 等离子体对苹果表面细菌生物膜的影响。方法：利用 COMSOL 软件建立二维空气 DBD 仿真模型，通过设定细菌生物膜的电导率和介电常数，并结合泊松方程，计算整个空间的电场，利用等离子体输运方程实现粒子在苹果表面和电极之间的自洽传输，利用能量守恒方程计算电子温度。结论：(1) 传播特性表明当流注头部与生物膜的距离 1mm 时生物膜附近的电离有助于负流注的传播。(2) 生物膜的结构导致了 ROS 和 RNS (通过通量 flux 和时间流量 time fluence 反映)的非均匀分布。 ... Read More