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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基于纸基微流控芯片(μPAD)的核酸提取和扩增反应需均匀稳定、快速响应的热源。半导体制冷器具有无需制冷剂和体积小等优点，可为纸基芯片提供便携式、低功耗分析平台。相较于其他传统核酸扩增与检测设备，μPAD可以借助内部纤维结构的毛细作用自驱动输送流体介质。并且，微尺度下纤维结构具备较高的比表面积，在原理上可改善常规比色、荧光等检测方法的检出限和精准度。然而，滤纸材料本征参数对试剂溶液动态扩散过程和反应结果影响很大，数值仿真模拟是μPAD性能分析和优化设计的重要途径。本文应用COMSOL®热电效应耦合模块和非等温流动耦合模块，获取芯片内部的温度场信息，评价μPAD温控系统设计 ... Read More
模型通过锂离子电池模块和全局常微分和微分代数方程模块的耦合实现。 在锂离子电池模块中，将锂离子电池等效为一维模型（如图1所示），分别对应为铜箔，负极材料，隔膜，正极材料，铝箔。电池的循环步骤通过充分的循环边界来描述。考虑SEI膜生长造成的循环容量衰减，在多孔电极（负极）添加SEI膜电阻及子节点多孔电极反应来描述SEI生长过程。 在全局常微分与微分代数方程模块中，采用 ∂T/∂t(mCp)=Q-hA(T-T0) 公式来描述循环过程的产热情况，时刻记录循环过程中电池温度变化。通过电化学与热耦合来描述循环过程中电池自身的状态。改变充放电循环边界中的充放电电流大小（1C/1C ... Read More
析锂是锂离子电池容量衰减的重要原因之一，目前并不能有效的确定什么位置首先发生析锂，所以通过仿真技术对锂离子电池内部的析锂情况进行仿真，不失为一种有效的方式。通过COMSOL中的锂离子电池模块建立一维电化学模型（分为集流体、电极、隔膜五个部分），固体传热模块建立三维传热模型（为方便计算，将电芯简化为一个长方体）。这两个模型通过电化学产热和平均温度耦合在一起。温度是非恒定的，在锂离子电池模块中，扩散系数、反应速率等均是与温度相关的参数。在负极与隔膜界面上给出10个位置点位，当该点位位置处的液相电势大于等于固相电势时，认为发生析锂；由于是充电态，需要有充电截止电压 ... Read More
随着人类日常活动对制冷需求的不断增加，传统散热系统不仅消耗大量的能量，而且产生过多的废热和CO2的排放。外太空作为温度只有3K的冷源，热量通过大气透明窗口可以产生显著的辐射散热，特别是在白天仍然可以实现零能耗的降温。白天辐射制冷功率Pcool (Tr )可以写成： Pcool (Tr )=Prad (Tr )-Patm (Tatm )-Psun-Pnonrad Prad (Tr )是材料辐射的能量，Patm (Tatm )是材料吸收大气辐射的能量，Psun是材料吸收太阳光的能量，Pnonrad是材料与环境通过传导对流交换的能量。 为实现高效的制冷功率 ... Read More
TRISO（TRistructure ISOtropic）燃料颗粒不仅是在役高温气冷堆燃料元件的核心部件，同时也是下一代用于水冷反应堆的全陶瓷微密封（FCM）耐事故燃料（ATF）元件的关键组成部分。TRISO燃料颗粒由内核部分和包覆层两部分组成，其中内核部分包括球形UO2或UN燃料核芯和包围核芯的疏松热解碳缓冲层，包覆层由内向外依次为内致密热解碳层（IPyC层）、碳化硅层（SiC层）和外致密热解碳层（OPyC层）。基于COMSOL Multiphysics®多物理场耦合有限元软件开发了TRISO燃料颗粒的三维热学-力学-裂变产物扩散耦合分析模型 ... Read More
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
复合型电磁轨道发射装置是轨道型电磁发射器研究的一个重要方向，复合型轨道是对轨道的内表面添加保护层，由于电磁轨道在发射时存在复杂的热量变换，轨道表面材料在吸收这些热量之后会发生脱落、气化甚至是电离等现象。为减弱在发射过程中的烧蚀现象，在轨道的表面添加保护层，使轨道内表面材料具有强的耐热性能，并且强度、韧性较好。运用 COMSOL Multiphysics® 软件仿真模拟复合轨道在发射过程中的温度、电流、应力和应变的变化。 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
车辙作为沥青混凝土路面特有的一种破坏形式，表现为沿道路纵向在轮迹带位置处路面产生的带状凹槽。车辙的出现不仅影响行车舒适性，而且威胁行车安全性。对路面车辙深度的有效预估可以为路面结构设计提供重要的指导。现有的车辙预估方法主要包括经验法、理论法、半经验—半理论法和有限元法。 本模型采用 COMSOL 有限元软件模拟路面车辙的发展情况。首先，建立路面结构模型，定义材料热参数、外部环境温度和太阳辐射强度等环境热参数，使用“表面对表面传热”功能模拟路面表面的辐射和对流传热过程，在固体传热模块进行路面温度场的计算分析；然后，定义材料的蠕变参数，施加等效车轮荷载 ... Read More
飞行器遭受雷击时会产生多物理效应，包括电磁感应效应、热效应和电磁力效应等。建立三维电磁、电磁-热耦合、电磁-热-力耦合等多种典型模型进行仿真分析，通过对电势、电流、温度、电磁场和力等物理量的分析，研究飞机附着点、雷电防护布局、雷电流分布、金属网/复合材料熔蚀、机舱内电磁场分布、油箱缝隙打火、结构受力等问题。仿真结果在不同程度上可以为飞行器的雷电防护提供重要参考和设计依据。本文以 COMSOL Multiphysics® 多物理场耦合软件为仿真分析工具，建立多种典型问题模型进行计算并对结果分析，说明雷电及其相关问题可以通过仿真分析进行评估和解决。 Read More