Technical Papers and Presentations

锂离子电池的温度均匀性是影响电池充放电性能的重要指标之一，由于在放电过程中电池每个组件的产热情况不同，导致电池的温度分布不均匀，会给电池带来一定的安全隐患。因此利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立了LFP方形电池的热-电化学耦合模型，用以计算放电过程中电池各个组件产热，根据仿真结果可以得到电池各组件在放电过程中的产热功率及温度分布情况，从而为锂离子电池的结构设计提供理论参考。 模型的建立主要应用到COMSOL软件中锂离子电池接口及固体传热模块，其中锂离子电池接口用于建立电池的电化学模型，模拟电池充放电过程中电池内部的电化学反应 ... Read More

高压直流电缆终端和接头是直流电缆系统中的关键部件。我们团队设计开发了一种±200 kV高压直流充气插拔式电缆终端。该类型终端具有重量轻、安装时间短及爆炸风险低等优势。在设计过程中，我们依靠COMSOL Multiphysics，分别进行了电热耦合和机械应力仿真建模。其中电热耦合模型用于电场强度计算，而机械应力模型用于界面压强计算。利用该方法设计的高压直流电缆终端已成功通过型式试验，证明了该设计方法的可行性。后续的裕度实验进一步表明该系统具有充足的安全裕度，其在尺寸缩小和更高电压等级应用方面具有潜力。 Read More

本研究设计了一种模块化的多米诺磁谐振无线传能系统。WPT系统包含发射端模块、中继模块和接收端模块，其中发射和接收线圈与对应电路板分别封装于两端结构件当中。这种模块化的方式减少封装难度，并且不会减少绝缘子的绝缘距离。通过有限元模拟计算可知，两端模块化的结构不会对系统的磁场、电场和温度场造成明显影响。 通过comsol软件对WPT系统各部分进行了电-磁-热仿真计算，包括：（1）电磁感应热仿真，明确得到了PCB电路铜导线的尺寸设计参数；（2）电磁仿真，为线圈设计提供理论支撑和参数确定；（3）电场仿真，明确结构设计的可行性和可靠性。 Read More

NMC523电池因为其较高的容量，已经逐渐应用于动力电池行列，但是锂离子电池在使用过程中的不合理容易引发热失控事故。这项模拟工作是来验证探讨NMC523电池针刺热失控中的机理。模拟过程中用到COMSOL化学反应工程模块、全局常微分方程模块。通过模拟，能够看到针刺过程中电池电压变化以及跟随的温度变化。这项模拟工作参考了部分主流杂志的模拟思路，也融合了自己的理解从而进行建模计算。此次模拟能够为电池针刺热失控机理探究提供思路，也能够为正确使用锂离子电池提供建议。 Read More

超导边沿转变探测器（TES）是一种通过测量微小温度变化推算光子能量的薄膜器件。落在吸收体顶面的光子由光能转化为热能被吸收体吸收，热量通过吸收体底面的支撑结构传导到TES上，TES将微小的温度变化转换为电信号读出。为保证吸收体的力学稳定性，在TES和基底上都有支撑结构。为使探测器达到足够的能量分辨率，必须保证吸收体上大部分能量都传导到TES，只有很少能量通过基底上的支撑柱分流到基底。由于光子入射位置、支撑柱半径、数量和位置都可能对导热产生影响，因此需要对支撑方案的参数范围进行限制，为今后的实验设计提供依据。本文使用COMSOL软件的固体传热模块模拟稳态下探测器的热量分布 ... Read More

为研究不同加热方式下煤岩内部裂隙在热力耦合作用下的变形特征，建立了微波和常规加热两种数值模型，考查了不同温度场分布特征下裂隙周边应力应变场的变化过程。研究结果表明：微波加热，温度场分布具有内高外低的特征，此时裂隙周边分布的应力多为压应力，且数值较大，裂隙边界位移表现为向内收缩；常规加热，温度场分布具有外高内低的特性，此时裂隙周边分布应力多为拉应力，但量值较低，裂隙边界位移表现为向外扩张；热源越靠近裂隙压应力越明显，反之拉应力明显。 Read More

纳米磁流体具有高靶向性和可控性，在药物靶向释放，磁分离以及微流控领域中引起广泛关注。磁流体是在基础流体如水、乙二醇等溶液中分散直径小于 20 nm 的磁性粒子，其作为一种新型的高传热性能的能量输送媒介，在其应用过程中传热性能是不可忽略的。国内外许多学者对磁性流体流动与强化换热机理进行了许多研究，取得了大量的研究成果。磁流体由于具有磁性和流动性，在外加磁场作用下，利用磁场调控能够有效增强换热效果。基于此本文在稳态条件下，利用磁场、流体和传热多物理场耦合方式，针对二维通道内磁性流体进行数值仿真计算，通过设置不同磁体组合、纳米流体体积分数和磁场强度研究磁流体的传热性能。 Read More

微波合成法由于速率快、产率高而在材料制备尤其是有机金属框架材料（MOFs）合成中广泛应用，但微波不均匀分布会引起溶液内局部过热，使得操作条件的改变对产品形貌有极大影响。因此，我们通过数值仿真模拟MOFs合成过程，探究微波条件对合成环境的作用规律。采用Comsol Multiphysics中的“电磁波，频域”物理场模拟微波腔内的电磁场分布，用于计算“非等温流动”中传热方程的广义热源，由此模拟反应器内的温度分布。模拟结果显示，微波加热远快于自然对流传热速度，使溶液中有较大的温度梯度而形成局部过热现象。通过参数化扫描对操作条件进行分析，发现过热点的形成和分布状态受设备参数 ... Read More

摘 要：稻谷籽粒在储藏过程中温度和水分随着仓外大气环境影响而改变，并导致其发生稻米颜色有白色变为黄色（黄变），并形成黄粒米。该研究基于COMSOL模拟的方法，模拟分析了浅圆仓仓储稻谷籽粒自然密闭储藏期间稻谷黄变规律。研究发现，当稻谷全年自然密闭储藏时，由于稻谷籽粒的呼吸放热，粮堆内部大部分区域温度都非常高，超过了35℃；同时，在粮堆内部形成空气的自然对流，引起粮堆内部水分向上部粮面迁移，并家具该区域的稻谷籽粒黄变的速度。另外，还对密闭储藏时不同高径比的浅圆仓南内部稻谷籽粒黄变规律进行了探究。研究结果为粮食仓储企业安全储粮提供参考和理论依据。 关键词：浅圆仓；自然储藏 ... Read More

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