Technical Papers and Presentations

在微波加热的多物理场仿真中，如果被加热物体的几何区域太小或者太薄，会造成整个模型网格剖分困难、网格数量多且计算消耗内存大等问题。本文针对微波加热时薄壁容器的网格剖分困难，网格数量大，且占用计算机内存资源多的问题，提出了一种基于变换光学算法的微波薄壁加热模型计算优化方法。利用变换光学算法将薄壁区域空间扩大，通过改变薄壁区域内的介质参数来与原模型进行空间映射，从而避免网格剖分过程中的薄壁问题出现，这样可以在同样的网格剖分设置下减少整个模型的网格数量，节省计算时间，减少计算机内存资源的占用。通过相应的公式推导，在二维模型中实现了薄壁变换光学算法的计算 ... Read More

电动汽车领域的发展让锂离子动力电池的充电模式成为焦点，不同充电模式对锂离子电池的热安全性影响不同。借助COMSOL Multiphysics平台，通过设置锂离子电池接口和传热接口建立了电化学-热耦合模型，研究了常规充电模式中的恒流充电和恒流恒压充电模式、快充模式中的多阶段恒流和脉冲充电模式对锂离子电池热安全性的影响。研究结果表明：恒流恒压充电模式在各性能上优于恒流充电模式，但并不符合快充需求。提高多阶段恒流充电模式初期充电倍率的同时增加充电阶段可缩短充电时间、保证充电容量。脉冲充电模式增大脉冲占空比和适当缩短脉冲宽度可提高充电性能和保证充电过程中锂离子电池的热安全性。 Read More

高压直流电缆终端和接头是直流电缆系统中的关键部件。我们团队设计开发了一种±200 kV高压直流充气插拔式电缆终端。该类型终端具有重量轻、安装时间短及爆炸风险低等优势。在设计过程中，我们依靠COMSOL Multiphysics，分别进行了电热耦合和机械应力仿真建模。其中电热耦合模型用于电场强度计算，而机械应力模型用于界面压强计算。利用该方法设计的高压直流电缆终端已成功通过型式试验，证明了该设计方法的可行性。后续的裕度实验进一步表明该系统具有充足的安全裕度，其在尺寸缩小和更高电压等级应用方面具有潜力。 Read More

本研究设计了一种模块化的多米诺磁谐振无线传能系统。WPT系统包含发射端模块、中继模块和接收端模块，其中发射和接收线圈与对应电路板分别封装于两端结构件当中。这种模块化的方式减少封装难度，并且不会减少绝缘子的绝缘距离。通过有限元模拟计算可知，两端模块化的结构不会对系统的磁场、电场和温度场造成明显影响。 通过comsol软件对WPT系统各部分进行了电-磁-热仿真计算，包括：（1）电磁感应热仿真，明确得到了PCB电路铜导线的尺寸设计参数；（2）电磁仿真，为线圈设计提供理论支撑和参数确定；（3）电场仿真，明确结构设计的可行性和可靠性。 Read More

已有研究结果表明，利用微波加热技术可使页岩气储层中产生裂缝，促进页岩气的增产。尽管在实验和数值上进行了广泛的研究，但在当前工作中样品尺度上的加热和矿物尺度上的破裂被分别、单独表示，微观观察结果并没有得到充分的解释。此外，目前的研究方法没有充分考虑不同矿物的几何形状、尺度和应力状态之间相互作用。本项工作提出了一种研究电磁热应力耦合损伤过程的新方法。在样品尺度上对微波加热进行模拟，并在微观尺度上对由此产生的应力-损伤响应进行模拟，其中具有不同热、力学特性的矿物以薄片形式堆积，而不是像以前工作中的内部嵌套。在页岩样品中观察到一个三阶段的温度上升曲线，但不一定在所有岩石中体现 ... Read More

高温气冷堆中使用了大量的碳素材料，作为多孔材料，碳素材料含有一定水分等杂质。为了减小反应堆高温运行条件下的堆内材料腐蚀，高温堆在初装堆和事故后需要对一回路进行严格的加热除湿操作。目前一回路加热除湿主要是依靠主氦风机旋转，将动能转换为热能来提升温度。本文将采取另外一种方案，在蒸汽发生器处增加外加热源来加热一回路工质。基于大型商用软件COMSOL Multiphysics建立高温堆内一回路加热的流动传热模型，对两种加热方案的一回路升温过程作数值分析，为高温堆加热除湿方案的选择提供有益的指导。本文中使用的物理场为传热——共轭传热——湍流，多物理场耦合为非等温流动。 Read More

能量存储技术是减少能量浪费和节约能源的最为有效的手段之一。热化学储能技术具备高功率、大容量和低损耗的特点，在实际应用中可近乎无损耗地进行跨季节性利用，上述优点使得热化学储能近年来吸引了国内外学者的广泛关注。热化学能存储过程涉及流动、传热、传质、反应多个物理过程，为了完成实验室级测试到工业级应用的推广，储能设备的仿真模拟是必不可少的一环。为了简化计算，目前几乎所有的数值研究都假设储能材料的孔隙率为均匀且定常的；但在实际的物理过程中，孔隙率与反应程度紧密相关并随时间和空间变化。本文通过推导建立孔隙率变化的热化学储能模型 ... Read More

摘要： 锂离子电池热失控会对人造成极大的危害，如何避免这些热失控的发生成为了学者们主要的研究课题，为了对其进行研究，必须要从电池内部结构和机理入手去分析，需要从电化学原理到化学反应进行深入细致的分析，需要对锂离子电池的生热机理有全面的认识。采用仿真技术对锂离子电池失控研究，可以极大的减少研究成本，并对失控过程进行有效的预测。 COMSOL Multiphysics 软件的使用： 利用 COMSOL Multiphysics 中的传热模块以及 ODE 模块，建立锂离子电池三维热失控模型，分析其内部发生化学分解的全过程。 结果： 锂离子电池热失控过程中 ... Read More

微波加热具有快速、高效等独特的优点，在工农业生产和生活中均得到广泛应用。然而，负载的存在导致微波谐振腔中电磁场及温度场分布不同，进而导致不同的加热效率和均匀性。为提高微波加热效率和均匀性，利用 COMSOL Multiphytics 多物理场仿真软件中的微波加热模块，耦合电磁场、温度场以及速度场，采用有限元分析方法建模仿真了微波反应器谐振腔内负载温度分布均匀性的影响因素，为获得更加便捷高效的微波反应器提供理论支持和现实指导意义。研究表明，负载样品的电磁特性影响入射微波能量的吸收及反射，导致谐振腔中的电场分布发生改变，造成谐振腔中驻波场的分布方式差异明显 ... Read More

对黑莓果进行微波真空干燥，比较不同微波功率和不同真空度对黑莓干燥过程中温度的影响。采用数值模拟的方法，建立电磁与传热的耦合模型，经过2min的微波真空加热，得出不同微波功率、不同真空度下黑莓的仿真温度场分布图，并比较仿真与实验结果，通过仿真，观察到加热冷点位置并规避，减少热点位置的温度不均匀性。模拟与实验结果一致性高，表明模拟可以很好的仿真实验过程，并对微波干燥过程中不同时间和空间的温度场进行分析，保证黑莓微波真空干燥的温度均匀性和品质。 Read More