Technical Papers and Presentations

静电纺丝是一种用于连续制备纳米纤维的技术，具有装置简单、工艺可控和操作性强等优点。通过高压静电场使聚合物溶液带电并发生形变，在针头末端形成锥状液滴。当液体表面电荷斥力超过表面张力时，会从尖端喷射出微小的射流，并在电场力的高速固化下形成纤维。我们利用COMSOL对静电纺丝针头进行了场强数值模拟分析，研究了针头电压对泰勒锥形貌的影响。该研究可以防止不同密度、动力粘度和相对介电常数的纺丝液在纺丝过程中因电压过大而导致纤维断裂，或因电压过小而导致纺丝液残留，从而有助于形成稳定且连续的纤维，研究结果可以为静电纺丝仪器设计提供帮助。 Read More

目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在两大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；针对以上问题，本文发展了基于孔隙结构特征变化的气体微观扩散模型，建立了微观尺度模型用以研究页岩基质有机质与无机质气体流动-微观变形之间的耦合作用。通过离散模型对分析了微观尺度页岩基质不同矿物组分（有机质和无机质）力学参数、孔隙结构、气体流动参数差异对气体微观扩散能力的影响机制，建立了由孔隙结构和流体压力控制的有效扩散模型描述气体微观扩散行为 ... Read More

叶片复合材料层的击穿是风电机组遭受雷击后的主要故障形式。对于低电导率的GFRP类叶片铺层而言，雷电先导作用下的强背景电场造成的电击穿可能先于回击电弧的热效应产生。为了获得GFRP铺层的电击穿机理，基于COSMOL Multiphysics软件，建立了引下线-GFRP铺层的流注放电数值仿真模型。考虑了空气域与介质层内部的粒子输运，以及气-固分界面上的电荷沉积与注入作用。通过“稀物质传递物理场” 模块、“静电物理场”模块、“边界常微分和微分代数” 模块以及“稳定对流-扩散方程接口” 模块对控制方程进行求解。依据电场梯度分布进行了网格加密与时间步设置 ... Read More

随着天然气需求的不断增加，页岩气作为一种重要的非常规能源，对于国家能源安全和经济发展具有重要意义。然而，页岩气的有效开采受限于对其储层微观力学特性的深入了解，宏观尺度很难获得页岩各组分的力学性质。因此，我们才用纳米压痕技术来研究页岩微观尺度下的细观力学特性，并基于X射线衍射（XRD）、自动矿物分析系统（TIMA）等先进技术分析，建立微观尺度下的固体变形-气体流动控制模型，分析评估微观产气影响机理，主要研究工作如下： （1）采用纳米压痕实验技术，对页岩进行了不同加载角度下的保持荷载实验以获得页岩微观尺度下的力学参数，如杨氏模量、硬度以及蠕变 ... Read More

掺Yb3+大模场光纤放大器在高功率激光泵浦时，增益离子的量子亏损和材料的本征吸收会导致光纤内部温度的整体上升。由于石英材料的热光效应，光纤整体的折射率会在温升条件下再分布，形成沿着光纤轴向分布的长周期折射率光栅。微扰的折射率光栅会诱导信号光基模和高阶模之间发生模式耦合，使激光能量从基模向高阶模转移，形成横向模式不稳定现象(Transverse mode instability, TMI)。首次采用多物理场仿真软件COMSOL中的电磁波频域模块和固体传热模块，结合Matlab软件编程进行联合仿真，对TMI产生时光与热相互作用的动态过程进行全数值有限元仿真 ... Read More

这项研究探讨了在高温高压环境中无线无源温度和压力传感器的多物理场分析与仿真。研究的重点在于评估电磁-热-机械耦合效应，以提高传感器在极端条件下建模的准确性。研究中使用COMSOL Multiphysics软件建立传感器的三维模型进行仿真，通过射频、传热、结构力学三个模块间的多物理场耦合方程，分析并仿真传感器模型中各物理场之间的耦合关系，以定性和定量分析它们的重要性。三个模块中分别使用了电磁波，频域 (emw)、固体传热 (ht)、固体力学 (solid) 物理场接口，并用电磁热（微波加热）、热应力，固体等多物理场耦合接口来仿真器件中的多场耦合效应。 仿真结果显示 ... Read More

本研究利用COMSOL软件进行超高频换能器的声场仿真和数据提取。首先，利用COMSOL固体力学模块和AC/DC中的静电模块对压电材料铌酸锂进行多物理场压电效应的建模。然后，利用压力声学频率模块和声结构边界多物理场进行压电材料振动产生声场的分布研究。其中对压电材料的二维轴对称的几何建模中利用了圆形分层拟合的球压聚焦，并通过调整坐标系改变压电材料的极化方向贴合于实际情况。此仿真预期得到球压后的超声换能器的聚焦特性，其中包括焦点位置（绝对声压最高点），横向分辨率（绝对声压横向分布的-6dB 半高度带宽值）和纵向分辨率（绝对声压纵向分布的-3dB宽度值） ... Read More

模型通过锂电池模块、传热模块、CFD模块的耦合实现。锂电池与传热采用弱耦合形式实现，而传热及流体采用强耦合形式实现。电芯产热与散热满足能量守恒定律。 根据三电极实测数据分别修正不同倍率充电条件电芯全电池电压、正参电压、负参电压，确定电芯动力学参数，完成模型的标定。热源包括正负极柱以及连接片焊接处产生的欧姆热，极组所产生的电化学热。流体属性及入口、出口的边界条件根据特定需求来设置。流体采用湍流中K-ε类型，流体对网格的要求比较高，流体网格需要加密并设置为流体静力学物理场来增加模型的收敛性，模型计算量较大，故采用分离式求解器。充电策略因为以时间作为阶梯充电倍率的转换依据 ... Read More

在微波加热的多物理场仿真中，如果被加热物体的几何区域太小或者太薄，会造成整个模型网格剖分困难、网格数量多且计算消耗内存大等问题。本文针对微波加热时薄壁容器的网格剖分困难，网格数量大，且占用计算机内存资源多的问题，提出了一种基于变换光学算法的微波薄壁加热模型计算优化方法。利用变换光学算法将薄壁区域空间扩大，通过改变薄壁区域内的介质参数来与原模型进行空间映射，从而避免网格剖分过程中的薄壁问题出现，这样可以在同样的网格剖分设置下减少整个模型的网格数量，节省计算时间，减少计算机内存资源的占用。通过相应的公式推导，在二维模型中实现了薄壁变换光学算法的计算 ... Read More

Abstract: As a environmentally friendly thermal energy harvesting device, thermoelectric generator (TEG) can convert heat into electricity directly. Therefore, researchers have made great efforts to detailed explanation the principium including established many steady-state models to ... Read More