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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“页岩气革命”使美国成功摆脱了对他国能源的严重依赖，目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在三大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；（3）缺乏针对页岩气进行历史拟合和产量预测的数学工具。针对以上三个主要问题，我们定义非常规储层固有渗透率的演化是裂隙和基质之间物质传输和应力传递的结果，并建立了离散体模型研究孔隙变形与流体流动之间的耦合作用；以此为基础，我们建立双基质双重孔隙介质模型（连续介质模型）研究页岩基质变形与流体流动之间的耦合关系 ... Read More
多晶硅真空定向凝固过程本质上是一个热科学的问题，其整个过程中涉及的传热、熔体流动、热应力与晶体生长相互协同、相互作用。因此，探究定向凝固过程中传热特性、熔体流动行为、热应力大小以及不同下拉速率对晶硅铸锭内的位错、晶界等缺陷之间的影响规律的深入理解是获得高质量晶体和高效多晶硅的前提和基础。 为此初步建立了多晶硅真空定向凝固过程的温度场—速度场—应力场耦合模型，模型中主要使用固体传热、表面对表面辐射、固体力学、层流和动网格物理场接口以及Marangoni效应等多物理场接口。通过模拟计算发现Marangoni对流会导致硅熔体流动速度增大3倍以上 ... Read More
优先流作为结构性土壤水分入渗的主要方式，影响着作物对降水以及灌溉用水的利用效率，同时影响污染物在土壤中的迁移过程。虫洞等大孔隙是产生优先流的重要因素，准确评估优先流运动对于土壤入渗的研究具有重要意义。本文主要借助COMSOL Multiphysics软件，探索虫洞的存在对土壤水分入渗的影响。我们结合熔锡灌注法和三维激光扫描法，从田间土壤中提取到真实的虫洞三维结构，然后将真实的虫洞3D结构导入COMSOL5.5中，构建土壤入渗模型。该模型主要用到多孔介质和地下水流模块的理查德方程，其中土体主要由虫洞和土壤基质两部分构成 ... Read More
高分子囊泡是一类由薄膜包裹液体而形成的“软粒子”，其在生物医药、化妆品以及食品等领域具有广泛的应用，是材料领域最富有意义的研究内容之一。与一般微纳米粒子相比，高分子囊泡在外场作用下极易发生形变，因而研究高分子囊泡在微流道中穿过受限孔洞的动力学行为对其在药物输运、细胞筛选、薄膜性能表征等应用领域具有重要的意义。 由于流体（高分子囊泡内部和外部流体）和固体（高分子囊泡膜）强烈地耦合在一起，再加上流体与膜边界的移动和变形，使得高分子囊泡实际的过孔图像十分复杂。本工作借助COMSOL Multiphysics流固耦合（FSIs）接口，运用任意拉格朗日-欧拉（ALE）算法 ... Read More
煤层气开采过程中煤层所受应力、孔隙压力的变化以及气体的吸附解吸，会导致煤体骨架和孔隙体积发生变化，改变煤层的渗流能力。基于多孔弹性理论、渗流力学并考虑吸附变形，建立了煤层压裂水平井的物理模型，并建立了煤体变形和气体流动的全耦合数学模型，推导出了渗透率的动态变化模型。利用数值分析软件Comsol Multiphysics对煤层气的开发特征及规律进行了数值模拟，最终实现对模型中关键参数的敏感性和压裂裂缝参数的影响进行分析。 Read More
气体渗流机制和渗透率演化是预测页岩储层天然气产量的重要因素。本文建立了多场耦合下的基质和裂缝的动态渗透率演化模型，并将其整合到COMSOL求解器中，并利用岩土力学和地下水流模块求解。此外，分析了基质收缩和应力敏感性对渗透率的影响。研究结果表明，孔径增大会增加页岩储层的气体渗流能力。与常规储层相比，由于气体多重流动机制，在小孔（1-10 nm）和低压（0-5 MPa）下，基质表观渗透率与达西渗透率之比高出约1-2个数量级。流动机制主要包括表面扩散，努森扩散和滑移流动。同时基质收缩和应力敏感性的综合影响导致纳米孔闭合，与基质初始渗透率相比，渗透率下降约1个数量级 ... Read More
光中包含着巨大的能量，光能的利用一直是研究的热点。基于半导体纳米颗粒的吸光特性（如二氧化钛、氧化锌、四氧化三铁等），我们首先通过实验研究了在光强具有高斯分布的激发光作用下，微液滴内悬浮纳米颗粒的受迫运动，发现在液滴内产生了~mm/s的对称涡流，表明这一方法是在粘性主导的微流动下形成高速流动的有效手段。机理分析表明，这一光与液滴相互作用问题的物理机制为非均匀光热效应(温度梯度~1000K/m)及其所诱导的Marangoni对流，是一个包含光、热、物质与流体双向作用、界面张力梯度的复杂多物理场耦合流动问题。为了模拟这一实验现象，我们在COMSOL ... Read More
本工作提出一种双螺旋微波辅助生产生物柴油反应器来克服现有大规模连续流微波加热的局限性。基于隐函数、水平集和任意拉格朗日-欧拉公式（ALE）的算法，建立了一个关于微波加热、化学反应工程和流体搅拌流动的综合模型，通过流动连续性一致对使速度连续。在此模型中甲醇和油酸的摩尔比为6:1，以浓硫酸为催化剂，反应过程中所用的材料参数是关于反应溶液组分和温度的双变量函数。利用该模型，计算了加热过程中管道内部混合溶液温度、生成的油酸质量分数以及反应速率。 Read More
连续纤维增强金属基复合材料（Continuous Fiber Reinforcement Metal Matrix Composites）因其优异的性能而在汽车领域航空航天领域、兵器武装领域及电子及光学领域备受关注。但是，目前其制备工艺的不成熟，使得产品存在较多的空隙缺陷，对材料性能造成不良的影响，而压力浸渗制备的FRM相对致密、缺陷少而具有广阔的发展前景。本文以FRM的压力浸渗制备工艺为研究对象，利用Comsol Multiphysics软件进行二维数值模拟计算，分别研究了流体动力粘度、入口压力以及纤维排布方式等对渗流过程的影响，并判断出孔隙高频出现的区域 ... Read More
聚合物材料本身为热的不良导体，热导率仅为0.2~0.5 W/(m·K)，因此需要添加导热介质形成聚合物复合材料来提高其导热性能。然而目前聚合物复合材料的有效热导率仍低于导热填料（如 碳纳米管）理论值的几个数量级。为进一步提升聚合物复合材料的热导率，本文从聚合物成型加工流场调控角度出发，研究不同流场条件下填料形态的演变及其对复合材料有效热导率的影响规律。具体以聚碳酸酯（PC）为基体，多壁碳纳米管（MWCNTs）为导热填料，采用COMSOL Multiphysics和Matlab联用建立了填料随机分布于基体内的复合材料模型。通过调控填料的取向度、长度以及基体 ... Read More