See How Modeling and Simulation Is Used Across Industries
Multiphysics modeling and simulation drives innovation across industries and academia — as is evidenced by the many uses showcased in the technical papers and posters presented by engineers, researchers, and scientists at the COMSOL Conference each year.
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气体扩散层（GDL）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键部件。本文将蛇形流场PEMFC7个区域的压力、氧气和水浓度参数作为各区域GDL优化的边界条件。使用拓扑算法优化各区域的GDL结构，计算孔隙率和渗透率，以提高GDL的传质能力，提高电池效率。研究了优化孔隙率和渗透率对PEMFC的优化效果。Comsol仿真结果表明，将初始孔隙率设置为1具有更好的优化效果。渗透率的增加可以提高传质能力，但渗透率的优化效果不如孔隙率优化显著。优化GDL的孔隙率可以提高传质能力和电池性能。优化孔隙率引起的渗透率变化会损害电池性能，但其对电池性能的影响小于孔隙率的优化效果。因此 ... Read More
针对非均质油藏水驱开发中的“高渗层早水淹、低渗层动用差”的问题。借助 “室内实验 + 数值模拟” 的联合研究方法，构建不同渗透率级差的并联填砂管模型，开展并联组合模型水驱油实验，获取水驱过程中的入口压力变化，流量分配规律以及含水率动态变化等数据。基于 COMSOL 软件构建多孔介质渗流模型，设置三组渗透率比值为2倍，3倍，5倍实验对照组，将入口并联，采用定压和定速两种工作模式，测定各渗透率级差分组对应的水相渗流分配情况，进一步扩展模拟分析渗透率差异、注入参数等关键因素对水驱开发效率的影响机制。数值模拟结果表明，渗透率级差越大，高渗通道的水相流量占比越高、优势渗流越明显 ... Read More
页岩储层水力压裂中的裂缝扩展行为直接影响裂缝网络形态与油气产能提升。本文基于 COMSOL Multiphysics 建立三维流固耦合压裂数值模型，模拟并分析了五类典型压裂情形：单一裂缝扩展、两簇裂缝扩展及互相干扰、三簇对称压裂、三簇完全压裂以及水平主裂缝与垂向天然裂缝相交的情形。本文首先介绍了耦合力学与孔隙流体动力学控制方程、材料与边界条件，然后引入室内实体实验参数作为模型校核（包括页岩破裂韧性、抗拉强度、弹性模量与渗透率等特性）。在 COMSOL 中采用损伤参数化的线弹性-弹塑性破裂捕捉策略，并结合能量释放率与临界应力强度因子判据来判定裂缝的起裂与扩展。数值结果显示 ... Read More
本文提出了一种复合材料纤维排列的随机结构建模方法。该方法使得对纤维束中纤维单丝层面的随机排列结构对渗透性和流动特性的影响等研究成为可能。本文考虑了四个参数，包括三个微观结构参数：纤维束中域的边长L、纤维单丝半径值波动范围△R、纤维单丝间最小间距δmin和一个宏观参数：孔隙率ε。对纤维随机排列的多孔介质横向饱和流动进行了有限元分析，并采用Morris全局灵敏度分析（GSA）方法，研究了四个参数对渗透率的影响。结果表明宏观参数气孔率ε对纤维增强材料的渗透性能影响最大。 Read More
气体渗流机制和渗透率演化是预测页岩储层天然气产量的重要因素。本文建立了多场耦合下的基质和裂缝的动态渗透率演化模型，并将其整合到COMSOL求解器中，并利用岩土力学和地下水流模块求解。此外，分析了基质收缩和应力敏感性对渗透率的影响。研究结果表明，孔径增大会增加页岩储层的气体渗流能力。与常规储层相比，由于气体多重流动机制，在小孔（1-10 nm）和低压（0-5 MPa）下，基质表观渗透率与达西渗透率之比高出约1-2个数量级。流动机制主要包括表面扩散，努森扩散和滑移流动。同时基质收缩和应力敏感性的综合影响导致纳米孔闭合，与基质初始渗透率相比，渗透率下降约1个数量级 ... Read More
碱性水电解制氢技术是实现大规模绿氢生产的关键路径之一，但其运行过程中的安全性至关重要。一个核心的安全挑战是氢气可能通过隔膜渗透到氧气侧，形成潜在的爆炸性混合物。因此，精确预测和监控氧气中的氢气浓度对于保障电解槽的安全、高效运行具有重大意义。 本研究利用 COMSOL Multiphysics® 软件，建立了一个二维碱性电解槽的多物理场耦合模型，旨在深入探究氧气室中氢气的时空分布规律。该模型耦合了电化学、计算流体动力学(CFD)以及稀物质传递等多个物理场接口。我们通过该模型模拟了电解槽从启动到稳态运行的全过程，并系统性地研究了关键操作参数，包括温度（350-370 K） ... 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
本研究利用COMSOL软件对静电纺纳米纤维单向导水过滤材料的过滤与单向导水过程进行仿真模拟。利用CAD对静电纺丝纳米纤维材料进行三维建模，将模型导入COMSOL中。然后，利用层流模块对气体受到的阻力进行模拟，并将模拟结果和实验结果进行比较，结果显示实验与模拟的滤阻变化趋势一致，说明了模拟的可靠性性。纤维膜的单向导水过程的模拟，选用了层流和流体相场接口进行多物理场模拟，利用COMSOL对静电纺丝纳米纤维和液体进行二维建模，对液体的流向以及纤维受到的压力进行分析，实验结果证明了单向导水的渗透机理。两项模拟的成功验证了纳米纤维单向导水空气过滤膜的功能性 ... 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
微通道精馏是一种新型高效的精馏提纯装置。本文提出了两种用于精馏的微通道结构，分别采用金属孔板和多孔介质作为液相流道。在COMSOL Multiphysics软件中构造上述两种结构，并建立了丙烷/丙烯混合物分离的传热、传质及流动的多物理场耦合模型，通过化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气、液混合物物性，使用浓物质传递模块，基于Maxwell-Stefan模型及双组分系统传质经验关联式获得气相和液相内部及气液相界面处传质特性，以实现对微通道精馏装置内丙烯/丙烷两相流的相变传热和精馏传质过程的模拟，对比分析两种结构对微通道精馏过程传热、传质和流动特性的影响。研究结果表明 ... Read More