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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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
液冷板因成本低和散热效率高，是目前应用广泛的散热手段之一，广泛应用于芯片、航空汽车等领域。液冷板的流道布置对其散热和均温性能至关重要，为获得性能优良的流道布置，采用设计自由度高的拓扑优化设计方法已成为主流。 在本研究中，利用COMSOL软件研究了液冷板设计中的关键问题。首先，为了提高优化结果的普适性，在多孔介质和优化模块中对流体控制方程进行了无量纲处理，以最大换热量为优化目标，以体积分数为约束，对不同进出口布置的液冷板进行了优化设计。其次，为了保证结构稳定性和安全性，考虑了流体压力对液冷板的影响，并采用了弱形式方程来实现流固耦合和拓扑优化设计的结合。此外 ... Read More
采用仿真软件对压气机内部流场进行CFD数值模拟，通过合理设置边界条件，计算得到压力与流速分布，进而获取准确的质量流量和压比数据，绘制压气机工作特性曲线（Map图）。本研究的关键难点在于旋转域与非旋转域之间的交界面处理，以及边界条件的设定是否符合实际流动状态，直接影响仿真结果的准确性。 采用COMSOL中的“旋转机械”模块对压气机内部流场进行CFD仿真。该模块专为叶轮机械设计，支持对旋转域独立设置动网格模型，从而更真实地捕捉叶片高速旋转过程中流场的非定常特性。通过准确模拟动静部件间的相互作用与湍流效应，可有效预测压气机内部的速度、压力分布 ... Read More
环境污染问题日益严重，新能源汽车将成为汽车工业发展的新方向，而动力电池作为整个电动汽车的驱动核心，其安全性和使用寿命受到广泛关注。动力电池在大倍率充放电时内部化学反应加剧，各单体电池温度急剧升高，容易引发热失控等一系列安全事故。所以，本研究使用有限元软件COMSOL Multiphysics对圆柱卷绕式锂离子电池建立3D电化学-热平均耦合有限元模型，将电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为，最终建立一个安全可靠的热管理系统。首先使用COMSOL软件的“电池与燃料电池模块”和“传热模块”这两个模块和“锂离子电池接口” ... Read More
光纤拉锥技术是一种广泛应用的光纤后处理手段，通过对光纤形状和光学性能的调整，可以制造各种光纤器件，进而拓展光纤在传感、通信和非线性光学等领域的应用。拉锥过程中，需将光纤加热至二氧化硅的玻璃化转变温度以上，使其由玻璃态转变为粘流态，并通过在加热区施加拉力实现光纤的形变。有效控制该过程中的温度场和力学应力场对实现高精度光纤拉锥至关重要。 本研究利用COMSOL Multiphysics的多物理场耦合能力，构建了一个综合考虑固体传热、层流和动网格的光纤拉锥仿真模型。通过模拟光纤在高温区的受热过程及粘流态下的变形行为，该模型能够真实再现拉锥过程中热源 ... Read More
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
万物互联和智能工业化发展为射频集成电路和 MEMS 微纳结构器件的高密度异质集成带来了全新的发展机遇，构建逼近物理真实的建模和工程EDA 难度很大，但对芯片高质量工艺和性能的发展至关重要。射频系统内部的高密度异质集成的多物理场力－电磁－热往往是弱耦合效应，但两两之间确是强相互作用。本报告将以具体器件的多物理场强耦合相互作用的模型为例，讨论微波集成电路内部有源电路的电磁场－路协同技术以及半导体器件电－热耦合效应、新型器件FBAR滤波器内部的力－电磁－热耦合效应，以及工作频率更高的光学MOEMS微纳结构的力－电磁－热、声阻尼场的多场耦合问题。针对高密度异质集成的多物理场问题 ... 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
