Technical Papers and Presentations

管道输送是油气能源长距离输送的重要途径。目前管道连接多采用焊接完成，焊接是一个复杂的非平衡物理化学过程，焊接接头各组成部分的成分、组织和性能都存在差异，同时还容易产生裂纹、气孔、夹杂和未熔合等焊接缺陷和较大的残余应力，使得焊接接头成为管道工程中的薄弱环节。在服役介质中，焊接接头存在宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池耦合的多相电化学反应而引起局部腐蚀，可能导致整个构件失效，引发严重的安全事故，造成重大的经济损失甚至人身伤亡。利用 COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件的腐蚀模块和二次电流分布接口对 X80 钢焊接接头在 CO2 饱和的 NACE ... Read More

本作品通过研究微波炉矩形金属璧的单向移动，实现腔体内电场分布的变化，从而达到调节作用腔体内各点的电场分布的目的。图表1为仿真几何模型示意图，除了腔体内部的小块土豆，其余的腔体材料均为理想导体铜，腔体内为标准大气压下的空气。图表1中300mm30mm350mm矩形块的设计是为了更便捷地计算移动后的网格。本次仿真沿x轴正方向向外移动2的外侧面金属壁来实现腔体的移动。端口激励源为TE10模、频率2.45GHz、功率700W、相位为0的微波。图表2为金属壁移动示意图，通过软件的移动网格接口实现移动金属壁的仿真。仿真结果良好 ... Read More

带有防腐层的金属管道被广泛应用到油气输送，金属管道表面缺陷的存在会对管道运行产生安全隐患，如何检测防腐层下金属表面缺陷一直是无损检测领域的难题；本文设计了一种基于电容成像技术的新型电容成像探头（图1），利用该探头对不同深度的表面缺陷进行线扫描研究，并搭建电容成像实验装置（图2）进行实验研究，最后对比分析仿真结果（图3）与实验结果（图4）。 计算方法：通过 COMSOL Multiphysics® 软件的 AC/DC 模块，利用背对背三角形电容成像探头对不同深度的表面缺陷进行线扫描。求电容值仿真中用到了“静电（es）”接口，涉及到了基本的电磁学方程。 结果 ... Read More

引言： 对于微流控分选芯片而言，分支出口的位置、宽度等几何参数会直接影响到粒子分选精度与回收效率。但是，遗憾的是，对于流道各分支出口位置的高效设计方法却鲜有报道。当前的设计方法主要是对每一种目标粒子直接进行轨迹仿真[1~7]。但这种方法的运算成本巨大，如果粒子分散体系涉及到的粒径种类繁多且流道结构复杂，那么对每种粒径都进行仿真分析将会使得计算量与计算精度之间的矛盾愈加尖锐；而且，每引入一种没有被仿真研究过的粒径，都要对其重新进行仿真运算，运算成本巨大[8~10]。 据此，本文提出了一种结合有限元分析仿真与系统辨识方法的粒子出射位置预测方法 ... Read More

采用有限元模拟软件 COMSOL Multiphysics® 对液封直拉法（LEC）生长锑化镓（GaSb）晶体的物理过程进行计算机建模。模拟分析了晶体旋转与坩埚旋转工艺对 GaSb 固-液界面形貌的影响。模拟结果表明，晶体旋转与坩埚旋转工艺将导致强烈的熔体强制对流，并进一步影响固液相变物理过程。上述工艺将分别具有促使凸向熔体的固液界面曲率减小和增大的作用，且同等转速条件下，坩埚旋转对固液界面形貌影响更大。基于上述模拟结果优化了实验中坩埚转速、晶体转速参数，最终获得了近似“平面”形貌的固液界面，由此获得了低位错密度的 GaSb 单晶。 Read More

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