Technical Papers and Presentations

引言 采用相变材料的汽车电池热管理技术已经被广泛研究，利用相变材料的相变潜热对电池进行温控，能有效降低电池高倍率工作条件下的电池温升，提高温度均匀性[1,2]。热管作为一种高导热，紧凑型，形式灵活的换热器件，也被用于电池热管理之中[3,4]。本文针对相变材料与热管相结合的换热结构，对该结构的换热特点，以及对影响该结构换热效果的相关参数进行了数值模拟研究。 COMSOL Multiphysics® 的使用 利用 COMSOL Multiphysics 中的电化学模块和传热模块，建立了二维的电池-热管-相变材料“三明治”结构（图1）。电池部分采用了热 ... Read More

利用 COMSOL Multiphysics® 软件中流体传热接口、层流接口、化学反应接口对 HVPE 法单晶生长过程进行模拟。建立了基于 HVPE 生长室内部结构的简单二维模型，并进行了标准的网格剖分，通过物理场耦合，并添加了生长过程中所需的生长气氛，研究了 HVPE 法进行 GaN 单晶生长过程中衬底表面厚度分布的变化规律。通过模拟结果发现，衬底表面存在显著的边缘效应，边缘处厚度显著高于衬底表面其它区域。 Read More

分别从软件模拟和晶体生长实验两方面对衬底表面的温度分布进行研究，进而达到控制 AlN 蒸气在衬底表面过饱和度的目的。理论上，结合异质形核理论（图1 (a)-(c)），采用 COMSOL Multiphysics® 模拟软件对坩埚结构的温度分布进行模拟仿真(图1(d))，模拟结果表明：复合型衬底可以显著地改变衬底表面的温度分布，进而改变衬底表面 AlN 气氛的过饱和度，实现对晶体生长驱动力[1]的控制；实验上，采用 PVT 法 AlN 晶体的生长实验验证了软件模拟结果。采用复合型衬底生长 AlN 晶体时，通过对衬底表面的温度分布调控，如图1 (c)-(g)所示 ... Read More

复合型电磁轨道发射装置是轨道型电磁发射器研究的一个重要方向，复合型轨道是对轨道的内表面添加保护层，由于电磁轨道在发射时存在复杂的热量变换，轨道表面材料在吸收这些热量之后会发生脱落、气化甚至是电离等现象。为减弱在发射过程中的烧蚀现象，在轨道的表面添加保护层，使轨道内表面材料具有强的耐热性能，并且强度、韧性较好。运用 COMSOL Multiphysics® 软件仿真模拟复合轨道在发射过程中的温度、电流、应力和应变的变化。 Read More

引言：钢结构设备的防腐保护主要采用阴极保护和涂层保护。其中，涂层保护除了防腐同时具备防红外、降温等特殊性能。 此次模拟，通过 COMSOL Multiphysics® 模拟设备在裸钢和 SiO2@ATO 涂层状态下的表面电位分布，证实了 SiO2@ATO 涂层的防腐性和抗红外及降温性能，并验证了 COMSOL Multiphysics® 数值模拟碳钢腐蚀表面电位分布的可靠性。 模拟过程中，假设电解质电导率为常数，阳极的各参数（尺寸、成分、分布等）保持不变。 计算方法：使用“二次电流分布”接口描述电极反应，“稀物质传递”接口描述亚铁离子输运，采用瞬态研究。参数： 1）温度 ... Read More

近年来，三维系统级封装技术逐渐成为人们的关注焦点，是下一代集成电路封装设计最有发展潜力的实现方案。然而，热管理是系统级封装技术需解决的关键问题。图1是典型的系统级封装结构，包含堆叠芯片、硅通孔、封装基板、热界面材料以及多层凸点结构。若对该结构的所有细节进行建模，将会消耗巨大的计算资源，导致分析效率非常低下。因此，本论文将封装中的硅通孔层以及凸点层等复杂结构进行等效处理，提取它们在水平和垂直方向上的等效热导率以及等效比热容、等效密度等参数。例如，在建模过程中，采用 COMSOL Multiphysics® 传热模块对硅通孔层的水平方向等效热导率进行提取，边界设置如图2所示 ... Read More

微波辅助生物柴油生产越来越受到了人们的关注，但是，微波的不均匀加热也影响了微波辅助生物柴油的大规模生产。研究表明，连续流微波加热器可以有效地解决微波辅助生物柴油的批量生产问题[1]，螺旋推进器也可以改善加热均匀性，于是仿真带有螺旋推进器的连续流微波加热器的生物柴油生产过程，有利于优化连续流微波加热器的设计，对提高微波辅助生物柴油生产效率有重要的意义。 本文使用了电磁场、旋转机械流、流体传热和化学反应接口。电磁场中的介电系数是关于温度和物质浓度的函数，流体的热参量由流体各组分的质量比等效所得[2]。计算采用步进求解的方法，先在频域求解电磁场，所得的耗散功率代入流体传热 ... Read More

目前的商用有限元软件中，描述导体材料多采用为双线性或者多线性硬化的本构模型，而如纯铜、铜铌合金等材料均在疲劳加载过程中展现出了明显的棘轮效应等循环变形特征。线性硬化模型最大的一个缺陷是不能反映材料的循环硬化/软化、棘轮行为等循环变形特征；相反，非线性硬化模型能对导体材料的循环变形特征行为更为合理的模拟。另外，商用软件存在两方面不可避免的问题，一是非线性随动硬化模型发展迅速，商用软件内嵌的模型不能及时更新至目前更为合理的循环塑性模型，二是不能通过定义损伤变量来对材料损伤造成的材料承载能力的下降进行描述。解决以上问题，可利用商业软件提供的材料二次开发接口 ... Read More

微纳米马达是一种能将周围环境的能量转化为自身自主运动的新型智能仿生材料，其在药物的运输与释放，低维材料的合成以及软物质研究中有着重要的应用[1]。基于自电泳的双金属棒马达是研究时间最长的一类马达，它有着与自然界中类似的自组装和群体行为的特性[2]。但是其运动机理复杂且涉及到多个物理场的紧密耦合，这就为其进一步的研究和应用带来了一定的困难。 COMSOL Multiphysics® 可以方便地进行多物理场的模拟。图(1)展示了双金属棒的自电泳机理， 由于棒两端的化学反应造成了带电离子浓度的分布不均匀，进而产生自生电场驱动马达运动。其中传质过程 ... Read More

基于声学透镜的声学聚焦技术已经在医学检测及医学治疗中有着广泛应用，特别是在 HIFU 技术中有着重要的地位。虽然近几年声学聚焦技术已经有着很多的成果，但是由于“衍射极限”的问题，聚焦区域有一定的限制。声学超材料技术是当前物理领域的热点，该技术的相关成果和优势已经渗透到多个学科的研究中。本文为了更好地抓住学科交叉的技术优势，发挥声学超材料在声学聚焦技术中的优势，使用 COMSOL Multiphysics® 进行了水下聚焦超声技术研究，得到了较好的实验效果。这些研究对推动我国的声学透镜技术研究有较大的帮助，对基于 COMSOL 的有限元分析声学透镜技术有较大的借鉴。 Read More