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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熔盐堆是唯一一种以液态为燃料的反应堆，熔盐堆研究不同于其他反应堆。本文采用多物理场耦合方法模拟熔盐堆发生工况时熔盐堆中一些参数的变化[1-4]。我们将反应堆模型简化为一个石墨围成的空腔结构，如图[1a]。为简化计算采用二维轴对称图形，如图[1b]。分别采用流体流动接口中单向流中的湍流模式模拟熔盐流体流动、传热模块中流体传热模拟熔盐传热、传热模块中固体传热模拟石墨传热、稀质传递接口模拟反应堆中先驱核浓度、系数型偏微分方程模拟中子扩散。基于以上五个物理场耦合的情况下对一回路发生失流以及石墨发生膨胀两种工况下研究熔盐堆温度变化及先驱核浓度的变化 ... Read More
复合材料帽型加筋结构在航空航天领域得到了广泛应用，硅橡胶芯模是实现其共固化成型的关键工装之一。预浸料固化加热过程中硅橡胶的热膨胀需要通过预制调型孔来消除，以保证帽型加筋结构的成型质量。本文通过 COMSOL Multiphysics® 建立了硅橡胶芯模预制调型孔热力耦合有限元分析模型（图 1），采用传热和结构力学模块对不同结构硅橡胶芯模进行计算机仿真，得出实现复合材料帽型加筋结构形性协同制造的硅橡胶芯模预制调型孔的最佳尺寸范围（图 2）。综合分析硅橡胶芯模受热膨胀的可能影响因素，建立了考虑体积修正系数的预制调型孔计算模型 ... Read More
考虑煤层瓦斯抽采引起的漏气与氧化升温特性，建立了煤体变形、基质瓦斯解吸-扩散、裂隙空气-瓦斯混流和煤氧化热能量传输等多场耦合的瓦斯抽采新模型。基于comsol软件数值模拟了煤层瓦斯应力-变形-渗流的多过程行为，研究结果通过已有的研究成果得到验证，证明了模型的有效性和优越性。应用该模型对甲烷脱附扩散时间、煤的渗透性、泄漏压差、煤的氧化反应热、煤的氧化速率等因素对自热敏感性进行了定量分析。模拟结果表明: (1) 煤渗透率的演化主要由瓦斯解吸引起的煤基质收缩和煤自燃升温引起的煤膨胀之间的竞争作用所决定。然而，裂隙中多组分气体的流动不仅与煤的渗透率相关 ... Read More
全陶瓷微密封装（FCM：Fully Ceramic Microencapsulated）燃料，作为新一代用于核反应堆的耐事故燃料（ATF）元件的关键组成部分，具有裂变产物包容能力强、热导率高、辐照稳定性好等优势。FCM是由大量TRISO燃料颗粒（~103个/芯块）弥散于SiC基体组成的柱状芯块。其结构复杂，需要精细的数值模拟技术支撑研发。基于COMSOL多物理场耦合有限元软件开发的FCM燃料单颗粒和元件级芯块的多维热学-力学-裂变产物扩散耦合分析模型，详细考虑了材料物性参数随时间、温度、燃耗、快中子注量等因素的变化，基于COMSOL内置和自定义的模块 ... Read More
建筑发生火灾时玻璃受热破裂发生脱落行为对于火灾的发展有显著的影响。玻璃暴露区域热膨胀使得遮蔽区域受到拉应力直至发生破裂。而后，玻璃发生脱落，形成新的通风口加速火蔓延。本文采用 COMSOL 有限元的方法建立了风载荷作用下火灾中玻璃的三维物理模型，使用 Coulomb-Mohr 判据来判断玻璃是否发生破裂，研究了玻璃发生首次破裂时间和应力场分布，模拟结果与实验结果的首次破裂时间的相对误差小于 3%。本研究也为建筑防火和结构抗火提供理论基础和技术支撑。 Read More
本研究针对农产品热风干燥过程， 基于植物生理学，将实际细胞结构简化为模型细胞，即由一层半透性的细胞膜包裹着葡萄糖溶液的细胞腔和具有微纳米孔隙结构纤维组织的细胞壁两部分组成。基于菲克扩散定律，以水势差作为水分传输的动力，分别针对细胞腔和细胞壁建立相应的水分瞬态传输模型。将细胞膜假设为理想半透膜，建立水分跨膜传输方程描述水分从细胞腔到细胞壁的跨膜传输过程。采用COMSOL Multiphysics软件PDE模块的系数形式偏微分方程构建并求解水分传输方程。 考虑到干燥过程中的变形现象，提出细胞内水分浓度和其结构应变的耦合关系，建立细胞结构形变模型。材料属性采用COMSOL ... Read More
随着电力工业的快速发展，母线板作为汇集、分配和传送电能的装置，广泛应用于各个电工领域。由于流过母线板的电流一般较大，其温升发热问题不容忽视。该问题涉及电磁场、温度场、流场及位移场等多个物理场的综合。为了更好地研究其发热散热问题，本文采用 COMSOL Multiphysics® 多物理场直接耦合分析软件，基于有限元理论，在考虑设备几何形状和材料物理特性影响的基础上，对母线板进行三维建模。分别在瞬态和稳态情况下对母线板进行电—热—力耦合场分析，电—热—流耦合场分析，从而研究母线板的温度、电流密度分布规律和由于热膨胀引起的形变大小。最后加入层流，分析在考虑气流冷却效应时 ... Read More
锂离子电池具有高比能量、高比功率和高的电压平台等诸多优点，在储能和新能源电动汽车等方面具有良好的应用前景[1-3]。锂离子电池按封装形式的不同可以分为圆柱、方形和软包三类，与方形和软包锂离子电池相比，圆柱形的锂离子电池由于各向张力可以相互抵消，不易膨胀变形，耐压性好等优点被广泛应用于动力电池行业[4]。在实际应用中，为提供足够的容量，通常将多个单体电池串并联成组。但是由于电池组整体散热性能较差，在大倍率快速充电时，容易导致电池的工作温度过高，影响电池性能甚至引发安全事故，因此，研究不同倍率及散热条件下电池温度场的分布对电池热安全具有重要意义。根据锂电池的工作及热效应原理 ... Read More
煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。煤炭地下气化过程中，随着气化工作面的扩展，燃空区范围不断扩大，煤层顶板产生裂隙甚至发生冒落，对地下气化稳定运行造成不确定影响。相较于常规井工开采造成的顶板垮落，气化过程会产生大量热，顶板在煤层温度场高温作用下因热膨胀产生热应力，改变顶板内热应力的分布，同时温度会对顶板岩石的抗压强度、抗折强度、比热容、导热系数等造成影响。研究随着燃空区的逐渐扩展，顶板在温度影响下的应力场分布，对研究煤炭地下气化过程中的顶板冒落规律有重要意义。 ... Read More
已有研究结果表明，利用微波加热技术可使页岩气储层中产生裂缝，促进页岩气的增产。尽管在实验和数值上进行了广泛的研究，但在当前工作中样品尺度上的加热和矿物尺度上的破裂被分别、单独表示，微观观察结果并没有得到充分的解释。此外，目前的研究方法没有充分考虑不同矿物的几何形状、尺度和应力状态之间相互作用。本项工作提出了一种研究电磁热应力耦合损伤过程的新方法。在样品尺度上对微波加热进行模拟，并在微观尺度上对由此产生的应力-损伤响应进行模拟，其中具有不同热、力学特性的矿物以薄片形式堆积，而不是像以前工作中的内部嵌套。在页岩样品中观察到一个三阶段的温度上升曲线，但不一定在所有岩石中体现 ... Read More