Technical Papers and Presentations

氢能燃烧值高且无污染，被认为是人类社会摆脱对化石能源依赖的理想能源。目前氢能应用的主要瓶颈是氢存储。而氢存储的主要方式中，金属氢化物因其安全性高，循环性能好的优点，得到广泛的研究。但由于金属氢化物吸放氢反应的热效应、粉末床的传热和传质特性较差等问题，贮氢罐的吸放氢速率下降，成为限制应用的主要因素。最近十几年，贮氢罐吸放氢过程的数值模拟及相关模型得到广泛的研究。通过数值模拟方法可以优化设计贮氢罐，以期满足实际应用中的需求，同时节约设计成本。本文面对贮氢罐的实际指标(吸氢速率1.5 L min-1)，采用COMSOL软件中的多孔介质传热、地下流动以及数学模块 ... Read More

随着碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空等领域的应用规模逐渐扩大，其低电导率带来的雷击风险得到广泛关注，CFRP雷击防护设计已成为研究热点，而雷电环境多理场仿真技术也在CFRP雷击防护设计中逐步发挥作用。目前，针对含雷击防护（如铺设防雷金属网）的CFRP平板结构雷击直接效应仿真研究已有一定成果，但是，对于铺设防雷金属网的CFRP-金属紧固件连接结构的雷击仿真鲜有研究。 本研究以铺设防雷金属网的CFRP-金属紧固件连接结构为研究对象，借助COMSOL Multiphysics重点分析了连接结构遭受雷击时的电-热多物理场效应。 ... 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

微通道精馏是一种新型高效的精馏提纯装置。本文提出了两种用于精馏的微通道结构，分别采用金属孔板和多孔介质作为液相流道。在COMSOL Multiphysics软件中构造上述两种结构，并建立了丙烷/丙烯混合物分离的传热、传质及流动的多物理场耦合模型，通过化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气、液混合物物性，使用浓物质传递模块，基于Maxwell-Stefan模型及双组分系统传质经验关联式获得气相和液相内部及气液相界面处传质特性，以实现对微通道精馏装置内丙烯/丙烷两相流的相变传热和精馏传质过程的模拟，对比分析两种结构对微通道精馏过程传热、传质和流动特性的影响。研究结果表明 ... Read More

晶粒细化可有效减少金属凝固组织内部缺陷、提升产品质量。在钢铁冶金领域，通过脉冲磁场干预金属凝固过程以促使凝固组织发生细化是一类常见的手段。近年来人们针对脉冲磁场细晶机制提出诸多机理，为了揭示哪种或哪些机理起主要作用，有必要对脉冲磁场作用下金属熔体内部电磁效应进行研究。本文利用COMSOL Multiphysics中的磁场、流场（k-ε）和动网格技术，对模铸和连铸条件下脉冲磁场在圆柱形金属熔体内产生的磁场、感应电流、电磁力和流场进行仿真模拟研究。研究揭示了电磁场随时间演变规律，以及熔体在电磁力作用下的流动规律。研究表明磁场主要以竖直分量为主 ... Read More

近年来，一些研究人员基于金属波导的结构色散实现了各向同性的波导超材料，并研究了其各种各样的应用。然而，各向异性的波导超材料却没有得到深入的研究。我们利用金属平板/矩形波导在TEm模式下的结构色散，并在波导内部周期性交替填充两种不同的电介质A和B，并辅以细金属线连接上下金属板，从而可以将整个波导系统等效成二维TM偏振下的各向异性有效介质。我们发现在金属波导内沿着A-B多层介质的两个光轴方向存在两个不同的截止频率。当工作频率处在这两个截止频率范围内时，整个波导系统等效后的有效介质等频率曲线呈现出双曲函数的形式，即实现了双曲型波导超材料；当工作频率在较高的截止频率附近时 ... Read More

在微波加热中，其加热效率及加热均匀性一直是研究的热点问题。本文利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件的RF模块对一个长方体谐振腔的电磁功率分布进行仿真研究。对谐振腔内环氧树脂材料负载上的电磁功率、功率变异系数以及归一化体积等特征值进行对比分析，研究改变腔内金属隔板的几何形状、尺寸对负载加热效率及加热均匀性的影响。仿真结果表明：在谐振腔内部增加金属板能够提高加热效率，隔板几何的变化会影响加热效率和加热均匀性。最终文中给出了当隔板分别为正方形、圆形时，获取加热效率较高同时加热均匀性较稳定对应的隔板参数设置。研究结论可以为谐振腔的设计提供指导意见。 Read More

目前广泛使用延性金属网作为碳纤维增强复合材料（CFRP）的雷击直接效应防护手段。在防护设计中，为了在加强防护效果和减轻部件重量之间取得最优设计，需要研究被防护部件铺设不同规格延性金属网时的电流和温度分布。但延性金属网的网格尺寸与被防护部件尺寸之间的存在巨大差异，精细建模时需要大量计算资源。本文对延性金属网建立一体化的雷击热损伤等效模型，推导出等效模型所需要的电导率、热容、导热系数、密度等参数，并将等效模型计算结果与试验结果进行对比。对比结果表明：本文所用的等效仿真方法可以有效反映各规格金属网的烧蚀程度，铺设金属网能提供有效的雷击直接效应防护 ... Read More

金属丝织物声衬是应用于航空发动机短舱的新型降噪声衬，由金属丝网、穿孔板、蜂窝腔和背板组成，其中孔径仅有几十微米的金属丝网对声衬的声学性能有重要影响，因此探究金属丝网小孔内部的声场以及金属丝织物声衬内部的声场对于其降噪机理与声学特性的研究有重要意义。本文利用COMSOL中的CFD模块（高马赫数流动接口）直接求解时域下的NS方程组，对二维金属丝织物声衬在高声强下的声场进行仿真，入口处设置正弦变化的脉动压力以模拟声波入射，金属丝网小孔壁面与穿孔板小孔壁面设置为无滑移边界条件，其余计算域边界为滑移边界条件，时间推进格式选择二阶BDF格式。本文还从计算结果中提取测点处的压力信号 ... Read More