Technical Papers and Presentations

我国每年产生超过四千万吨含水率超过80%的工业污泥。污泥电解脱水（SED）是污泥减量化处理和资源化回收前的有效方法之一，该技术在脱水的同时也会伴随可溶性离子的迁移。为了理解和预测电解污泥脱水过程中可溶性离子迁移分布规律，利用Comsol Multiphysics软件中三次电流分布接口模拟了不同电场强度作用下SED过程中污泥脱水过程中金属离子Na+和K+的动态迁移分布变化过程。在模型设置中电极表面动力学符合Butle-Volmer方程，迁移率符合Nernst-Einstein关系，温度数据采用实验所得数据的插值函数，使用域探针计算泥饼上、中、下各层离子量。仿真结果显示 ... Read More

随着电子通信的不断发展和普及，对声表面波器件（SAW）的性能要求也逐渐提升。在器件不断变小，工作环境的不断恶劣的情况下，声表面波器件也需要更高的频率、更好的稳定性能以及更大的带宽等新的提升。对于传统的氮化铝/金刚石结构来说已经无法满足更高频率，更大带宽的要求，所以本文为了能设计具有更高的相速度和机电耦合系数的声表面波器件，使用comsol 有限元仿真中的MEMS模块，对掺钪的氮化铝薄膜进行了研究，通过实验证明氮化铝钪作为压电材料时能具有更好的特性。通过研究在四种激励模式下氮化铝/金刚石结构与氮化铝钪/金刚石结构随着压电材料厚度的变化 ... 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

随着高压直流输电技术的发展，直流气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）因其具有占地面积小、可靠性高、维护少等优点已得到越来越多的关注。相比交流GIS，直流GIS绝缘介质表面存在严重的表面电荷积聚问题，导致其沿面闪络特性下降，制约着直流开关设备的工程应用。为了研究直流 GIS 绝缘子绝缘特性，采用 COMSOL 分析软件，基于有限元理论，在考虑绝缘介质阻容模型的基础上，建立了直流 GIS 柱式绝缘子的电场模型，根据此模型，研究了绝缘介质不同材料特性、加压等级在交直流场下的分布规律，并进行了试验验证，为高压开关设备直流绝缘设计优化提供了技术支撑和理论依据。 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

针对非铁磁金属板的缺陷检测问题，进行了电磁超声无损检测技术的数值模拟及实验研究。电磁超声换能器工作机理复杂，已有的仿真大多是针对发射过程，并且被测体不含缺陷。本研究采用 COMSOL 软件建立了超声发射、电磁超声换能器接收的二维有限元模型，对被测体有无缺陷时线圈接收到的电压信号进行仿真分析。根据发射频率和超声导波的频散特性，设计并制作了回折形线圈，然后研究了线圈导体尺寸以及线圈提离对电磁超声换能器性能的影响，并对有无缺陷的铝板进行了实验研究。结果表明：仿真中线圈接收到的电压信号能够反映缺陷的位置，实验结果与仿真结果相吻合。 Read More

电缆中间接头作为电力电缆中最脆弱的单元，电力系统70%以上的故障是由于接头缺陷或局部放电引起的。其主要原因则是接头制作缺陷导致的电场分布异常，从而引起局部放电造成绝缘层破坏。长距输电中，电缆中间接头一般为现场制作，其工作环境与设备比较简陋，常见的与工艺有关的缺陷主要有绝缘层环剥刀痕、导体表面黏附金属颗粒、导电颗粒混入绝缘层等。因此分析不同缺陷情况下电缆中间接头的电场分布，对改进电缆接头工艺，预防接头故障具有重要意义。本文根据电缆结构的对称性，在COMSOL Multiphisics中建立二维轴对称模型，在静电模块下计算不同工艺缺陷下的电场分布 ... Read More

三维封装技术是下一代集成电路最有潜力的发展方向。然而，由于三维封装结构的高度复杂性以及多尺度问题，若对所有细节进行建模，将会消耗巨大的计算资源，导致分析效率非常低下。例如，典型的硅通孔结构由圆柱型的金属导体以及外部包裹的一层非常薄的氧化层（微米级）所构成，使得三维封装整体结构的网格剖分非常稠密，严重影响求解效率。本文研究包含多个硅通孔的复杂结构热仿真问题。为了提高仿真效率，将含有薄氧化层的圆柱形硅通孔结构等效为不含氧化层的简化方柱结构。通过COMSOL软件的传热模块对简化方柱结构的等效热导率进行准确提取，包括水平方向和垂直方向的热导率参数。然后，基于上述等效模型 ... Read More

目前的商用有限元软件中，描述导体材料多采用为双线性或者多线性硬化的本构模型，而如纯铜、铜铌合金等材料均在疲劳加载过程中展现出了明显的棘轮效应等循环变形特征。线性硬化模型最大的一个缺陷是不能反映材料的循环硬化/软化、棘轮行为等循环变形特征；相反，非线性硬化模型能对导体材料的循环变形特征行为更为合理的模拟。另外，商用软件存在两方面不可避免的问题，一是非线性随动硬化模型发展迅速，商用软件内嵌的模型不能及时更新至目前更为合理的循环塑性模型，二是不能通过定义损伤变量来对材料损伤造成的材料承载能力的下降进行描述。解决以上问题，可利用商业软件提供的材料二次开发接口 ... Read More

激光加热金属的热传导行为是传热应用的重要研究内容。镀有薄层金（~50 nm）的玻璃片作为表面等离子共振显微成像的传感芯片，能够用于绘制镀金玻片在汇聚激光加热下，由于温度升高而引起的金膜/水界面的折射率异相分布图像。为了研究金膜表面微小区域内的温度变化在三维空间中的分布，以及随时间的热扩散规律，我们利用传热（heat transfer）模块中的固体传热物理场建立了玻璃/金/水模型，模拟了镀金玻片表面经红外共聚焦激光加热过程中三相介质间的热扩散场分布，并与实验结果比较。其中，将玻璃和水两个域之间的界面设定为金薄膜，在物理场中采用薄层（thin layer ... Read More