Technical Papers and Presentations

研究揭示煤层气在煤岩孔裂隙中的渗透流动以及吸附解吸规律对于煤层气资源开采以及瓦斯防治有着重要的意义。借助 COMSOL 软件构建了煤岩孔裂隙双重介质模型，其中孔隙介质部分采用固体力学模块、自由和多孔介质流动模块、多孔介质稀物质传递模块用三个物理场叠合在一起构成，裂隙部分采用自由和多孔介质流动模块、稀物质传递模块用两个物理场叠合在一起构成，孔隙介质与裂隙之间的交界面传递流体压力与速度，并发生吸附解析引起物质浓度变化。通过自定义域内材料参数，将各物理场联系起来，实现了流体流动、固体变形、物质扩散以及吸附解析之间的多场耦合，模拟了不同裂隙形态下煤层气在孔裂隙中的运移过程 ... Read More

引言：在石油钻井技术日益发展的今天，随钻电阻率测井发挥着越来越重要的作用。国外的技术相对成熟，各大公司都推出了自己的随钻电阻率测井仪器，但我国的高端随钻装备仍处于起步阶段，目前尚未达到规模化生产和应用。通过对已经成熟的仪器进行仿真，可以指导我们后续仪器的研发生产以及实际资料的处理解释。本文借助 COMSOL MULTIPHYSICS 仿真平台，在 AC/DC 模块中建立了三维模型，考查了斯伦贝谢公司的随钻钻头电阻率测井仪 RAB（Resistivity-At-Bit）在油基泥浆和水基泥浆中的测井响应。通过 COMSOL WITH MATLAB ... Read More

引言：电容成像检测技术是一种新型的无损检测技术，它是利用一对共面电极板之间产生的准静态边缘电场对缺陷进行检测，电容成像探头的形状是成像性能的关键因素，据此设计了点对点三角形探头(A型)、边对边三角形探头(B型)、正方形探头(C型)和圆形探头(D型)，如图1所示，并利用 COMSOL Multiphysics® 对它们的性能进行分析。 计算方法：通过 COMSOL Multiphysics 软件的 AC/DC 模块对电容成像探头的电容值、电势分布和灵敏度进行研究。仿真中用到了“静电（es）”接口。 结果：仿真得到了四种电容成像探头的电容值（图2）、电势分布图（图3 ... Read More

定量分析生物颗粒形态的变化可以为疾病诊断提供依据。例如血红细胞形态的变化常常会伴随有相应的血液疾病[1]，细胞的癌变常常伴随有细胞核形态的变化[2]等等。无标记的光学显微成像技术已经可以对生物颗粒的尺度和形状进行直接测量。光声显微成像技术 (PAM) 利用生物颗粒固有的吸光本领，已经可以对单个生物颗粒（如细胞和细胞器）进行成像[3]。 最近，光声流式仪(the photoacoustic flow-cytometry)已经实现了对单个生物颗粒进行连续检测[4]。然而，为了在大量的生物颗粒中快速检测生物颗粒的形貌，最好的方法是并非对其进行直接成像，而是采用高频光声显微技术 ... Read More

电力传送中经常遇到导线周围金属体连续分布的电荷的电场电势分布问题，其中线电荷的电场分布非常典型, 对于实际情况，当导体靠近导线，因物体形状的不同，其表面产生不同的电荷分布。 解决方案 1 实际情况是三维问题，而三维几何体表面电场分布很难推出解析解，分解成二维模型并验证其表面电荷分布，再通过 COMSOL Multiphysics® 建立三维模型进行仿真计算。 2 对于一般的有限元编程繁琐，计算量大，不可视化，在 COMSOL 中可以不用人工编程，通过绘图功能，可以绘出几何体表面电场线图，与解析解进行对比。 模型设计 1 二维模型中无限长导线用细长线代替 ... Read More

飞行器遭受雷击时会产生多物理效应，包括电磁感应效应、热效应和电磁力效应等。建立三维电磁、电磁-热耦合、电磁-热-力耦合等多种典型模型进行仿真分析，通过对电势、电流、温度、电磁场和力等物理量的分析，研究飞机附着点、雷电防护布局、雷电流分布、金属网/复合材料熔蚀、机舱内电磁场分布、油箱缝隙打火、结构受力等问题。仿真结果在不同程度上可以为飞行器的雷电防护提供重要参考和设计依据。本文以 COMSOL Multiphysics® 多物理场耦合软件为仿真分析工具，建立多种典型问题模型进行计算并对结果分析，说明雷电及其相关问题可以通过仿真分析进行评估和解决。 Read More

将结构健康监测（SHM）应用于机器结构故障检测是近些年发展的新方法，其优点是可以在线监控结构的“健康”状况。本文提出并研究了一种内嵌微管的高效结构健康监测（e-SHM）系统。结合快速成型技术，将微管嵌入结构内部，当对微管施加一定压力（真空或过压）时，闭合微管中的压力变化将变得极其敏感。当结构裂纹扩展到微管时，该处因压差瞬间产生压力变化，进而通过微管传播，最终信号被设置的压力传感器接收。通过实时监测微管的压力变化，便可实现结构裂纹的实时检测。本文的主要工作包括两个方面：（1）压力泄漏与负压波传播模型的设计与仿真。基于负压波的 e-SHM 系统齿轮的损伤监测的理论推导 ... Read More

钒液流电池储能技术作为高效电化学储能技术之一，可应用于新能源储能，电网削峰填谷、调频调幅、应急电源等。钒液流电池储能技术具有独立的的额定功率和额定能量，高输出功率，低成本等特点[1]。本文采用分区建模，模型耦合的方式进行模拟。 结果: 钒液流电池在组装过程中需要一定的组装压力以避免电解液的泄漏，同时可减小电极与集流板的接触电阻[2]。如图1所示，有研究表明有流道的集流板与石墨毡电极接触并挤压时，由于流道脊与流道的不均匀表面，会使石墨毡电极出现非均匀压缩现象[3]。图2为均匀模型(SU-5)与非均匀模型(SNI-5)电池压降与实验结果(Exp-5)在CR=55.67 ... Read More

扬声器仿真分析方法越来越受到电声企业关注，已成为扬声器设计的重要手段和发展方向。要想设计中高端扬声器，就必须建立一套完整的仿真分析方法。 本文介绍一种基于 COMSOL Multiphysics® 的用于中高端扬声器设计的仿真分析方法。该方法不仅包含了扬声器磁路、振动系统（结构）和声场的耦合分析，还模拟了温度对磁性材料和振动部件材料特性的影响。由于扬声器振动部件材料的粘弹性等特性，因此必须建立更为准确的材料模型。利用 COMSOL Multiphisics 软件丰富的第三方软件接口和二次开发功能，经数据后处理可得到声障板等条件下的声压级、谐波失真和互调失真等。 ... Read More

超材料是一类具有天然材料所不具备的特殊性质的材料[1-3]。近年来，有学者开始研究超材料对波的旋转效应，这一研究有着工程应用价值。江雪等[4]设计并实验验证了一种声场旋转器。江雪等[5]进一步研究了声场旋转器整体尺寸大小对其工作带宽的影响及声场旋转器中心处的旋转角度与其结构单元长度的关系。但未见声场旋转器结构单元尺寸对其工作带宽影响的研究。 本文采用 COMSOL Multiphysics® 的声学模块和结构力学模块模拟图1的俯视二维结构，采用完美匹配层以获得更好的模拟结果。 本文模拟了5个声场旋转器在不同频率下的声场，发现随着长方体结构单元长宽比的增加 ... Read More