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See How Multiphysics Simulation Is Used in Research and Development

Engineers, researchers, and scientists across industries use multiphysics simulation to research and develop innovative product designs and processes. Find inspiration in technical papers and presentations they have presented at the COMSOL Conference. Browse the selection below or use the Quick Search tool to find a specific presentation or filter by application area.

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Bengaluru 2023

Munich 2023

Computational Fluid Dynamicsx

基于 COMSOL 的 HVPE 法 GaN 单晶生长过程模拟

兰飞飞 [1],
[1] 中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津，中国

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

带螺旋翅片的绕管负压换热器

王坤祥 [1],
[1] 中国科学院理化技术研究所，北京，中国

引言：超流氦低温系统的正常运行离不开负压换热器，在此选用绕管式的负压换热器。其工况为 4.45K~2K 之间，低压侧绝对压力 3000Pa 左右。软件中用到的模块有 Livelink for Solidworks、Livelink for Excel、“非等温湍流 k-ε”接口。结果：求解结果定性上正确，问题在于为了让换热器达到理想换热效果，需要更多匝数的绕管，对计算机要求很大，在该模型中只保留了 10 匝。 Read More

基于 COMSOL 的激光抛光过程仿真与机理分析

沈洪 [1],
[1] 上海交通大学，上海，中国

作为一项重要的材料表面处理技术，抛光直接影响着材料表面粗糙度等表面质量评价参数。随着微纳技术和精密制造的发展，工业应用中对材料表面粗糙度的要求越来越高，对抛光技术的综合要求也随之越来越高。然而，一些传统抛光方法的弊端日益凸显，无法再满足工业需要。激光抛光作为一种非接触式抛光技术，避免了传统抛光技术的磨痕，作用区域可控，可以对选定的区域进行局部抛光，也可以对复杂结构、机械不可达或难接近结构进行抛光。本文基于传热学和流体力学的基础理论，利用多物理场耦合有限元软件 COMSOL Multiphysics®，建立激光抛光过程的热-流-自由液面变形有限元模型，分析了表面张力和 ... Read More

Janus 颗粒自驱运动的数值模拟

崔海航 [1], 王雷磊 [1], 谭晓君 [1],
[1] 西安建筑科技大学，西安，陕西，中国

Janus 颗粒是由物理或化学性质不同的两部分所构成的颗粒的总称。由于其结构的特殊性以及自驱动特性使其在MEMS、药物传输等领域有着潜在的应用价值。本文基于COMSOL Mutiphysics® 4.3a 多物理场耦合模拟平台对不同形状的 Pt-SiO2 型 Janus 颗粒的在不同浓度 H2O2 溶液中的自扩散泳动进行了数值模拟，并进一步研究模拟了球形 Janus 颗粒的近壁面运动。 Read More

机械硬盘中超薄气体润滑特性的仿真研究

胡跃强 [1],
[1] 清华大学，北京，中国

为了不断地增加磁存储密度，机械硬盘中磁头和盘片之间的间隙，即飞高，已经减小到了 10nm 以下，以比特磁记录技术（BPM）和热辅助磁记录技术（HAMR）为代表的新兴技术不断涌现，给磁头磁盘界面的超薄气体润滑特性研究提出了新的挑战。 COMSOL Multiphysics® 的使用：由于在超薄气体润滑领域，连续介质模型已经不再适用，控制方程为玻尔兹曼方程。本文以 F-K 模型为控制方程，此模型是在线性玻尔兹曼方程和 BGK 方程基础上结合流量连续条件建立的修正雷诺方程。我们使用了 COMSOL Multiphysics® 中的 PDE 接口进行了自定义修正雷诺方程的建模 ... Read More

平板膜浓差极化过程的有限元仿真分析

徐佩锋 [1][2], 杨宁 [1],
[1] 江苏大学，镇江，江苏，中国
[2] 江苏农林职业技术学院，句容，江苏，中国

在 COMSOL Multiphysics® 中建立了平板膜组件模型，利用自由—多孔介质流和稀物质传递接口，通过对硅颗粒粒径和料液流速等操作参数及相互约束关系的设置，考察对渗透通量、膜表面处浓度等的影响，对硅颗粒悬浮液平板膜过滤中的浓差极化过程和膜组件的工作性能进行全面的仿真分析。并利用 COMSOL 中的函数、参数化扫描等后处理方式，实现了对仿真结果的可视化输出。仿真结果与实验数据较为一致，仿真模型可以作为真实设备的有效补充。 Read More

COMSOL Multiphysics® 在热发电用真空集热管设计中的应用

赵旭山 [1], 郝雷 [1], 蒋利军 [1], 米菁 [1], 杨海龄 [1],
[1] 北京有色金属研究总院，北京，中国

随着能源紧张、油价攀升，环境污染严重，利用可再生绿色能源又成为不懈努力的方向。槽式太阳能热发电技术具有兼容性强、对电网冲击小、性价比高、发电成本低、可存储可调度等特点，近年来得到了迅猛发展，其核心部件为高温太阳能真空集热管，如图1所示。本研究利用 COMSOL Multiphysics® 针对真空集热管真实工况下的动态过程开展研究，并在此基础上开展集热管结构的优化设计。由图 1 可知：集热管在电站中服役工况下，槽面会聚的太阳光主要集中于集热管下半面，上半面接收的会聚太阳光较少；导热工质自吸收管一端进入，接收会聚太阳光辐照能量，从吸收管另一端流出，流入→流出过程中 ... Read More

激光熔覆过程中的传热传质研究

甘政涛 [1],
[1] 中国科学院力学研究所，北京，中国

基于 Level-Set 界面跟踪方法建立了激光熔覆过程的三维瞬态数值模型，研究了瞬态熔化和凝固过程中传热传质的演化规律。该模型使用 Level-Set 方法跟踪熔池气/液界面，采用焓－多孔度（enthalpy-porosity）方法得到了固/液界面之间的糊状区，并考虑了质量添加、材料熔化/凝固、热毛细效应（Marangoni效应）、浮力效应、活性元素质量传输等对熔池流动和界面的影响。通过该模型，具体分析了质量添加、力和界面平衡条件对熔池气/液界面的影响，以及由熔池温度/浓度分布引起的热毛细效应、金属材料的熔/凝过程和熔池流动形式对熔池固/液界面的影响。结果表明 ... Read More

基于 COMSOL 的 Ion-Filter ICP 腔室仿真

韩传锟 [1], 程嘉 [2], 路益嘉 [2], 杨义勇 [1]
[1] 中国地质大学（北京），北京，中国
[2] 清华大学，北京，中国

为抑制离子轰击靶材，提高亚稳态原子密度而提出了离子筛选 ICP（I-F ICP）设备，可以有效地抑制带电粒子到达靶材表面，亚稳态原子与电子/离子数量比值明显提高，有助于 CVD 工艺中靶材表面的活化。本文通过 COMSOL Multiphysics® 中耦合等离子体和流场接口对 I-F ICP 腔室建模仿真，腔室结构见图1，应用氩气放电仿真研究了离子筛网的过滤效果。首先对比有无耦合流场的结果，结果显示了耦合流场仿真的必要性。用等离子体场与流场耦合计算，等离子体场为流场提供流体的特性参数密度和动力学粘度系数，流场接口为等离子体接口提供速度场和决定压力等参数并提供进、出气口 ... Read More

MCA 动脉瘤血流动力学分析

刘孟杰 [1], 付芳芳 [2], 李萌 [1]
[1] 郑州大学，郑州，河南，中国
[2] 郑州大学附属省人民医院，郑州，河南，中国

动脉瘤破裂是引起蛛网膜下腔出血的一种主要原因。结合 COMSOL Multiphysics® 灵活的几何建模特性以及强大的流体仿真求解能力，本文分别对两组不同大小关系的 MCA 动脉瘤理论模型进行了仿真建模分析。通过模拟分析，获得了动脉瘤球囊体长度和宽度与动脉瘤基底宽度不同比例条件下的动脉瘤速度、压力、壁面切应力（WSS）等参数的变化规律，分析了几何形态与动力学参数之间的关系。模拟结果显示：1、宽颈动脉瘤，瘤体内部旋流强度较之窄颈动脉瘤更强，中心区流速更低，更有利于形成血栓而且顶点处压力更大，更易破裂。2、增大动脉瘤宽度与基底直径的比值，顶点处 WSS 呈非线性增长 ... Read More

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