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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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
在传统的电子磁透镜设计中，大多是由单个线圈电流来控制铜线圈绕组来产生可变磁场，其中热功率的耗散通常由常规的水冷、风冷体系来实现，因此设计一种具有恒定热功率耗散机制的电子磁透镜热管理系统是至关重要的。通过结合COMSOL Multiphysics®的AC/DC模块和优化模块，实现了具有双绞互抵线圈设计的恒功率磁透镜结构计算。模型网格划分采用差异化自定义大小的三角形网格划分为主，来控制模型的计算精度和计算机内存占用以及总计算时长。研究了为保证恒定功率输出，双绞线圈绕组的驱动电流IA和IB的关系。在此基础上，计算了不同工作电流对透镜场分布和功率的影响 ... Read More
可变轴透镜（Variable Axis Lens, VAL）通过在物镜内引入不同类型的偏转场来实现透镜光轴的移动，以达到降低系统离轴像差的功效，尤其是在高分辨率大扫描场、大视场成像的应用环境下。所给定的复合结构模型在前期的网格划分阶段，通过在不同计算区域采用差异化的网格划分模式，在保证计算精度和模型收敛性的前提下，优化模型的计算时长和内存占用，尤其是对粒子束轨迹可能遍历的区域进行加密处理。通过结合COMSOL Multiphysics的AC/DC模块和粒子束追踪模块，实现了带有纯磁偏转场的VAL三维场分布和离轴电子束轨迹计算 ... Read More
在半导体增材制备的过程中，磁控溅射，使用电离的氩离子轰击靶材形成等离子气团，进而扩散转移到晶圆表面是一种常见的增材加工工艺。许多的MEMS应用和先进封装技术中常会通过偏转靶材和衬底的相对夹角进行溅射镀膜，从而形成特殊的台阶覆盖。传统来说，上述过程的工艺仿真（TCAD）往往是以变形网格耦合定向的靶材通量实现镀膜形貌的仿真；然而，变形网格的方法难以仿真封闭微腔（不连通的新域）形成，定向的靶材流体通量忽略了镀材的扩散运动在背向镀膜侧的镀材沉积。 使用COMSOL Multiphysics，我们提出了一种求解等离子体/稀释气体的流体场通量 ... Read More
本文介绍一种使用COMSOL Multiphysics 软件进行电声和电磁器件仿真的方法。电声与电磁器件在工作过程中通常涉及电磁能-机械能-声学的多物理场的转换，因此与COMSOL Multiphysics的特点十分契合。与上述三种物理场对应，在仿真过程中需要使用AC/DC模块、结构力学模块和声学模块，最终获得BL值、频响曲线等预测物理数值以及声压分布图、磁通密度分布图这种更具直观视觉效果的物理数据3D彩图。上述仿真方法通常会遇到以下问题，首先是几何网格剖析密度的选择，需要对结果准确度和计算效率进行平衡取舍。第二是随着材料学科的迅速发展，COMSOL ... 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
叶片复合材料层的击穿是风电机组遭受雷击后的主要故障形式。对于低电导率的GFRP类叶片铺层而言，雷电先导作用下的强背景电场造成的电击穿可能先于回击电弧的热效应产生。为了获得GFRP铺层的电击穿机理，基于COSMOL Multiphysics软件，建立了引下线-GFRP铺层的流注放电数值仿真模型。考虑了空气域与介质层内部的粒子输运，以及气-固分界面上的电荷沉积与注入作用。通过“稀物质传递物理场” 模块、“静电物理场”模块、“边界常微分和微分代数” 模块以及“稳定对流-扩散方程接口” 模块对控制方程进行求解。依据电场梯度分布进行了网格加密与时间步设置 ... Read More
新能源汽车电池液冷板的设计优化对提升电池性能和保障安全至关重要，本研究基于拓扑优化设计，设计提出拓扑结构、矩形/梯形结构和复合结构的液冷板。为探究四种液冷板的散热性能，以电池模组为研究对象，以传统的并联矩阵形液冷板为对比，利用COMSOL内置材料模块定义液冷板材料，通过几何、传热模块和化学物质传递模块添加物理场，耦合接口的设置中流体流动为层流，传热方式位固体和流体传热。在依次完成网格划分和独立性分析后，对其进行CFD仿真实验。结果显示拓扑结构模组的冷却能力和电池均匀性最好。同时对以上四种液冷板进行加工制作进行实验，仿真与实验数据最高温度差不超过2.1K ... Read More
全超导飞轮储能系统利用高温超块体和永磁体之间的磁耦合，表现出优异的自稳定钉扎悬浮性能，在强电应用方面具有广阔的前景。在本文中，我们基于COMSOL Multiphysics，使用H-φ方程结合移动网格建立了全超导飞轮储能系统中推力型和轴颈型轴承的电磁-热-力三维模型。然后，我们提出了不同的Halbach排列方案来增强永磁转子的磁通密度并增强磁耦合。研究了超导轴承的悬浮力、弛豫特性、电磁瞬态分布和温度特性。结果表明，在轴向零场冷却（ZFC）条件下，永磁转子的优化方案可以显着提高推力型轴承的最大悬浮力和悬浮力刚度，分别是4.0倍和2.3倍，轴颈型轴承的最大悬浮力可以提高5 ... Read More
光纤拉锥技术是一种广泛应用的光纤后处理手段，通过对光纤形状和光学性能的调整，可以制造各种光纤器件，进而拓展光纤在传感、通信和非线性光学等领域的应用。拉锥过程中，需将光纤加热至二氧化硅的玻璃化转变温度以上，使其由玻璃态转变为粘流态，并通过在加热区施加拉力实现光纤的形变。有效控制该过程中的温度场和力学应力场对实现高精度光纤拉锥至关重要。 本研究利用COMSOL Multiphysics的多物理场耦合能力，构建了一个综合考虑固体传热、层流和动网格的光纤拉锥仿真模型。通过模拟光纤在高温区的受热过程及粘流态下的变形行为，该模型能够真实再现拉锥过程中热源 ... Read More