Technical Papers and Presentations

在国防与科研领域应用中，通过红外（IR）成像检测各种目标至关重要，尤其在3μm至5μm的中波红外波段。目前基于非制冷碲化镉的探测器提供的分辨率比较低，因为他们的像素尺寸大于15μm。因此我们想开发使用氧化钒的红外相机。与其他类型的红外探测器相比，VOx红外探测器有以下几个优点。它的像素尺寸可以做到10μm，它们探测灵敏、快速，并且可以在室温下操作。它们的成本也相对较低，可以使用标准的微细加工技术制造。 氧化钒（VOx）红外探测器基于材料电阻随温度变化的原理工作。当VOx暴露于红外辐射时，它会吸收辐射能量，随着VOx材料温度的升高，其电阻会发生变化 ... Read More

本工作的主要内容是探究软包电池在充放电循环中由电池自身产热导致的温度分布以及温度对电化学反应速率的影响。模型中的电池传热模型由八个尺寸为1cm×1cm×180μm的电池微元组成，每个电池微元被视为一个均匀热源，使用COMSOL Multiphysics中的固体传热模块。电化学模型使用COMSOL Multiphysics中的电池模块，通过P2D模型计算电池的充放电过程以及反应热。每一个P2D模型对应传热模型中的一个电池微元，将电池的反应热视为电池微元的单位体积产热量。在三维传热模型的每一个电池微元中植入一个域探针，用来测量每个电池元在充放电过程中每一个时刻的平均温度 ... Read More

可微波速冻水饺作为一种冷冻多组分食品，在微波复热过程中皮料的水分损失较为严重，为解决这一问题，有必要对其复热过程中的传热传质行为进行研究。本文建立了一个以速冻水饺为多孔介质，并将电磁场与传热传质相结合的多相多孔介质模型，其中耦合了“固体传热”、“稀物质传递”和“电磁波，频域”三种物理场，并结合了麦克斯韦方程组、质量守恒方程、相变方程及能量守恒方程，以测量得到的介电特性以及热特性为输入参数，模拟了在720W的微波功率下复热速冻水饺过程中内部温度场及水分的动态分布。结果表明不同组分的食品表现出较大加热速率以及水分损失的差异，经过180秒的复热后皮料的平均温度达到90℃ ... Read More

超导转变边沿探测器（Transition edge sensor，TES）利用超导薄膜电阻对温度的高灵敏响应关系来精确测量光子能量。在TES探测器设计开发中，当前主要采用小信号原理，通过线性近似方式来建立探测器输出脉冲与各参数之间的关系，该方法无法分析探测器尺寸效应、信号饱和等情况，且无法处理更加复杂的结构，这限制了TES探测器技术的发展。 在本研究中利用COMSOL Mutiphysics®软件进行TES吸收体与超导薄膜传热分布，与电信号反馈的仿真。首先，利用COMSOL固体传热模块进行对TES器件进行传热物理场的建模。然后利用AC ... Read More

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... Read More

微波消融是一种先进的局部热疗方法，已成为早期肝癌治疗的重要根治性手段之一。微波消融治疗肝癌的热力学机制对于精准化治疗策略、提升治疗效果至关重要。消融过程中组织所经历的热效应及伴随的形变特性直接关联其疗效的优劣，但临床直接测量难度巨大，建模仿真是推动该领域临床实践的有效工具。本研究通过微波与生物组织相互作用机制的数学表达，使用COMSOL Multiphysics仿真来分析消融过程中的热能分布以及由此触发的软组织热机械行为。本研究依据消融针的实际结构精确构建几何模型，并建立了电磁波与Pennes生物传热的多物理场耦合。鉴于肝脏组织电热特性对温度的敏感性 ... Read More

热光伏(Thermophotovoltaics, TPV)系统是一种结合了太阳能热发电技术和光伏发电技术的系统，它能够更高效地利用太阳光谱中的热能和光能。对TPV系统而言关键是要提升其转换效率，本工作采用COMSOL Multiphysics 6.0波动光学模块，开展了超材料发射体的结构与材料设计，得到高度的选择性发射光谱，从而提高TPV系统效率。 纳米金属结构的超材料发射体单元结构分为三层：上层是圆柱纳米金属结构，中间是介质层材料，底层是与中间层同样大小，有一定厚度的金属基板，如图1所示。我们探究了不同材料对辐射器发射性能的影响，其中金属包括W，Ta，Mo ... Read More

随着锂离子电池能量密度的不断提高，电池热安全问题日趋严峻。本研究基于电池热失控反应动力学模型和相变传热模型，结合电池与复合相变材料（compose phase change materail CPCM: paraffin/ expanded graphite PA/EG）间的传热规律，建立了一个二维数值计算模型，利用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场建模与求解（图1）。首先，通过拟合产热率与温度变化的关系，构建了电池热失控模型。模型通过调整CPCM的物性参数（相变焓与导热系数），探索其对热失控传播的影响。为了确保计算精度，本研究进行了网格无关性验证 ... Read More

钨丝是早期热发射电子源阴极灯丝的关键材料，工程组件上多数采用的灯丝直径为0.127~0.203mm，一般将其制成V型发叉式。模型构建了三维灯丝几何结构，计算过程中对灯丝弯折角处的区域进行网格加密处理。结合COMSOL Multiphysics多物理场的电磁热模块，实现了对钨灯丝的温度分布模拟计算，并进一步计算不同几何结构和不同灯丝材料对灯丝温度分布的影响。仿真结果表明，在材料钨、钛、锆以及各种弯折角度下，灯丝最高温度与弯曲处温度差稳定在30~40K左右。从趋势上看，弯折角度α越小灯丝总温度越高。该工作解释了常见灯丝熔断点非灯丝针尖的工程问题 ... Read More

为提高锂离子电池的能量密度，人们做出了许多努力，其中设计厚电极是一种很有前途的方法。传统上，在构建厚电极时会考虑动力学效应，例如降低迂回度以促进离子传输。这项工作创新性地研究了动力学和热力学对电极过程的耦合效应，并通过可视化电极过程对两者进行了竞争分析。结果表明，倾斜的平衡电位曲线有利于电极的均匀利用，但严重的动力学约束会使热力学调节失效。因此，改变电极的热力学特性以加强调节效果是一种很有前途的方法，而动力学约束则是限制电池容量释放的内在因素。深入的分析表明，确保离子和电子的混合控制可以显著缓解动力学反应的异质性。作为概念验证，我们构建了具有垂直通道的厚电极 ... Read More