Technical Papers and Presentations

随着城市用电量的逐年增加，单相变压器连续运行时的损耗发热严重制约了其发展和应用。高温发热会加速绝缘老化和缩短设备使用寿命，甚至导致一系列故障问题，降低设备的可靠性。该问题涉及电-磁-热多物理场耦合，心损耗温升的准确计算至关重要，为此本文基于硅钢片磁化特性的测量数据，考虑铁心磁特性受应力影响，采用 COMSOL Multiphysics 多物理场仿真软件，通过 AC/DC 模块、固体力学模块和传热模块对单相变压器铁心的磁场、应力、损耗和温升分布进行研究。首先施加激励得到铁心磁场及损耗密度分布，最后将损耗值作为温度场的热源，进而计算铁心的温升分布 ... Read More

低频减振降噪技术在 NVH 领域越来越被人们关注，因此本文借助 COMSOL 软件中的声学模块（声-固耦合）针对一种局域共振型薄膜隔声模型进行了探索性研究。通过参数化扫描对模型的结构参数和材料参数进行合理地设计，该结构在低频范围内表现出较好的隔声效果。然后使用该软件对该模型进行了一系列的等效参数计算，进一步揭示了隔声量的变化规律、隔声机理、以及模型本身的等效参数与其隔声量之间的关系，并且从微观层面较直观地展现了该模型在不同激励频率条件下的运动特性。本文对以上涉及的研究方法进行了详细的叙述，提供了一种低频声学薄膜材料的设计思路，有利于 NVH 工程师们使用 COMSOL ... Read More

在过去的二三十年中，液体燃烧电弧被用来制造纳米碳结构。该方法利用电弧空间中存在的碳蒸气作为电极腐蚀的结果，在存在高温梯度的区域迅速冷却时形成碳纳米管和富勒烯。碳结构的形成速率和结构取决于等离子体环境和形成机制两个方面。目前的研究工作，等离子体环境的形成和从电极表面的碳蒸气的传输是用二维电弧模型计算研究的。利用流动气液界面的传热来确定水的蒸发速率，考虑到电弧辐射对水蒸发的贡献以及碳和水蒸气之间的化学反应。此项研究使用 COMSOL Multiphysics 等离子体模块及传热模块。 Read More

干式变压器作为城区供电的重要电力设备，其连续运行时的振动噪声问题已成为制约其发展和应用的瓶颈，铁心的振动噪声不仅会对人们的生活环境造成污染，而且会降低设备的可靠性。由于该问题涉及电磁-机械-声多物理场耦合，铁心振动噪声的准确计算是研究此问题的关键。为此本文基于硅钢片磁特性的测量数据，并考虑铁心磁致伸缩效应，采用 COMSOL Multiphysics 多物理场仿真软件，通过 AC/DC 模块、声-固耦合模块对变压器铁心的应力、声压级分布进行研究，并提出优化控制方法。首先进行场路耦合计算，得到铁心磁场分布及应力分布，最后基于振动位移计算变压器的噪声情况 ... Read More

电解污泥脱水不仅可以将污泥中的自由水去除，同时也可以将污泥中的结合水和吸附水去除一大部分，是污泥减量化处理环节中重要的技术手段之一。本文采用 COMSOL Multiphysics 中电化学模块二次电流分布接口和焦耳热多物理场接口模拟污泥中电渗流速度和焦耳热对水分损失的影响，研究不同电场强度作用下，污泥脱水速度和脱水过程规律，以便于为工程实践中对电解污泥脱水装置或机器进行优化设计。模型中建立了三维立体 1cm 厚圆饼图代表被电解脱水的泥饼，圆饼两面分别为阴极和阳极；在变量中设置电导率为随污泥含水率变化的插值函数，其电导率和含水率的关系为实验测量值 ... Read More

摘要： 锂离子电池热失控会对人造成极大的危害，如何避免这些热失控的发生成为了学者们主要的研究课题，为了对其进行研究，必须要从电池内部结构和机理入手去分析，需要从电化学原理到化学反应进行深入细致的分析，需要对锂离子电池的生热机理有全面的认识。采用仿真技术对锂离子电池失控研究，可以极大的减少研究成本，并对失控过程进行有效的预测。 COMSOL Multiphysics 软件的使用： 利用 COMSOL Multiphysics 中的传热模块以及 ODE 模块，建立锂离子电池三维热失控模型，分析其内部发生化学分解的全过程。 结果： 锂离子电池热失控过程中 ... Read More

以 SF6 或 SF6/N2 混合气体为绝缘介质的 GIL 具有大容量、高可靠性和环境友好等特点，而 GIL 中存在的金属微粒污染问题是提高设备绝缘强度研究中的关键技术难题。在 GIL 中，金属微粒引起的电场畸变会带来一系列绝缘问题，这些问题需要进行深入研究。针对直流 GIL 中金属微粒污染问题，本文研究其对绝缘子表面电荷积聚的影响。充分考虑附着导电微粒的情况，建立了可以灵活设置微粒与绝缘子相对位置的三维模型，利用 COMSOL Multiphysics® 软件的 AC/DC ... Read More

电晕放电是高电压技术的应用方向之一,它广泛应用于生物医学、水污染处理、纳米材料制造、静电除尘、材料表面改性以及新型人工降雨等领域。 电晕放电的数值模拟研究开始于四十年前，而在近十几年得到了迅猛发展。其最大的难点在于机理上具有高度的非线性、空间上存在多尺度等问题，这对于数值模拟研究来说是个很大的困难。时至今日，在相对较大的空间尺度仍未出现较为精确的仿真方法与模型。本文利用电流连续性原理，并结合经验公式，提出一种具有自洽性以及工程实用性的简化模型，大大提高了电晕放电计算的效率，节约计算内存以及计算时间，其结果也具有工程指导意义。 本文使用 COMSOL 的静电模块以及 ... Read More

随着高压直流输电技术的发展，直流气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）因其具有占地面积小、可靠性高、维护少等优点已得到越来越多的关注。相比交流GIS，直流GIS绝缘介质表面存在严重的表面电荷积聚问题，导致其沿面闪络特性下降，制约着直流开关设备的工程应用。为了研究直流 GIS 绝缘子绝缘特性，采用 COMSOL 分析软件，基于有限元理论，在考虑绝缘介质阻容模型的基础上，建立了直流 GIS 柱式绝缘子的电场模型，根据此模型，研究了绝缘介质不同材料特性、加压等级在交直流场下的分布规律，并进行了试验验证，为高压开关设备直流绝缘设计优化提供了技术支撑和理论依据。 Read More

锂空电池中空气电极是阴极反应的重要场所，空气电极结构设计的好坏极大地影响了锂空气电池的能量效率、倍率性能和循环寿命。为了强化氧气在空气电极中的传递过程，本文对一种层级结构空气电极进行研究：由泡沫铝制成的氧气分布板承载排列有序的碳纳米管阵列，氧气在阵列管中有规律传输、排布、反应。经计算得模拟计算所需的阵列管规格为外径1200、1400、1600nm;管长35000、43000、49000nm。然后绘制出9组数据的空气电极层级结构三维图纸，导入 COMSOL Multiphysics 5.2a 中，运用多孔介质稀物质接口，定义材料后编译域和边界条件，完成网格划分后进行后处理 ... Read More