Technical Papers and Presentations

为提高长距离大容量输电的经济性，我国采用特高压直流技术。随着特高压工程的建设和民众电磁环境意识的增强，电磁环境成为影响输电线路结构和建设费用的重要因素。合成电场是特高压输电工程的电磁环境效应之一，其由导线电荷产生的标称电场和空间电荷产生的离子流场组成。标称电场的计算是合成电场计算的前提，本文采用 COMSOL 软件计算了 ±800kV 直流输电线路周围的标称电场。 Read More

生命现象中存在许多复杂的时空调节机制，以便对一些生物活性因子进行合理分配。其中，最为常见的是动态的时空浓度梯度，即随着时间积累，空间各处浓度将不断地发生变化；这一过程对于生物体来说是十分重要的。 本文受生物体系中，扩散过程中快速可逆的超分子结合作用调控浓度梯度的启发，报道水凝胶材料中快速可逆超分子结合调控物质浓度梯度的概念。在接有环糊精的水凝胶基质中，客体分子偶氮苯的扩散受超分子结合的影响，产生与自由扩散不同的浓度梯度分配。 模拟过程运用了 COMSOL Multiphysics 5.2中化学反应工程下的稀物质传递模块。建立一个长 5mm、宽 2mm、高 0 ... Read More

海洋油气开采的过程中，油气在海底通过海底管线进行运输。当雷诺数改变时，海底管线周围的流场也会相应发生改变，因此研究管线周围流场分布对分析管线受力情况至关重要。本文研究了海底管道在层流和紊流的情况下，不同流速，不同的床面粗糙度以及不同位置海底管线等情况进行了建模和分析，绘制了不同情况下流场分布图。计算结果表明：（1）同一位置，不同流速下，海流绕流管线形成的流场不同，当流速超过某一限定值后，会出现涡流。（2）不同位置，相同速度下，海流绕流管线形成的流场有所不同。通过数值模拟，对不同情况下的管线受力情况有了清晰的认识，对工程实际操作可以起到指导作用。 关键词：海底管线；海流力 ... Read More

干热岩致密且天然裂缝发育，能否有效激活天然裂缝、提高储层连通性是高效开发干热岩地热能的关键。流-固-热耦合作用下的裂缝剪切滑移机制是其关键科学问题之一。本文基于 COMSOL 多物理场计算平台，建立干热岩压裂裂缝剪切滑移模型，综合考虑热储层与注入流体换热、原地应力、缝内净压力、裂缝面摩擦系数等原位参数，得到了裂缝剪切滑移加速度与位移、速度与位移、位移与时间以及摩擦力与位移的变化规律。同时研究了材料属性、法向加载路径、切向载荷和摩擦系数等因素对极限滑移距离的影响规律。结果表明：裂缝极限滑动位移（极限滑动距离）受岩石弹性模量、裂缝面摩擦系数 ... Read More

生命体系中，位于细胞上的各种离子通道精妙的调控着各种生理生化过程。以此为原型，各种各样的仿生纳米体系也被相继开发，其中，纳流二极管研究领域更是发展迅猛。然而，现有的关于纳流二极管的研究都是通过 pH，电压等外界刺激改变表面固定功能基团的电荷类型从而调节纳流二极管的方向，这大大限制了纳流二极管功能的调控自由度。于是，我们制造了一种通过光响应的同时可以进行 pH 调节的“即插即用”双向纳流二极管。该体系基于聚合物单纳米通道，通过化学接枝，利用光响应主客体作用原理实现“即插即用”功能。通过实验实现了实验设计，并利用理论模拟进行仿真分析。模拟过程使用 COMSOL ... Read More

非常规能源页岩气的开采得益于深部储层大规模水力压裂，页岩气在储层基质孔隙、天然裂缝和人工裂缝等通道的流动性影响页岩气的产气速率。建立多空介质流动、固体力学以及传热多场耦合的二维多尺度数值模型，分析页岩气解吸附、扩散、渗流过程中储层内基质与裂缝中渗透率和孔隙率的动态变化，对于页岩气藏的产气速率有指导意义。研究结果表明：储层压裂阶段，大规模网状裂缝导致裂缝内部孔隙率和渗透率升高，页岩气解吸附导致有效应力升高基质收缩，基质空隙率和渗透率上升，页岩气产气速率较高。页岩气从孔隙到裂缝的流动过程导致储层内部的孔隙压力降低，储层内的压力下降，在上覆岩层的压力作用下孔隙缩小裂缝变窄 ... 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

微型扬声器数值仿真分析包括对零件、扬声器单体、扬声器箱体仿真，按照物理场可细分为电磁、力学、声学仿真。微型扬声器结构较为复杂，不同于大喇叭成轴对称分布，仿真中若将电磁、力学、声学耦合会大大加长求解时间，也极难收敛；基于此，可以将几何简化并对仿真模型进行分部处理后再耦合。COMSOL 的灵活建模方式为产品设计及分析提供理论计算平台,可大幅减小产品开发周期及成本；进一步的将探索振幅对称性、振动模态分析、音圈发热及产品散热等可靠性评估。 Read More

随着磁共振成像在细胞显微成像等领域的广泛应用，磁共振成像系统的微型化成为现在研究的热点之一。梯度线圈作为磁共振成像系统的核心部件，其尺寸、磁场梯度值和电感等性能将直接影响磁共振成像系统的尺寸、成像分辨率和成像时间等参数。因此，在微尺度下高性能的梯度线圈设计是磁共振成像系统微型化面临的重要挑战之一。而传统的梯度线圈设计方法如目标场法、流函数法需要通过多圈线圈近似，线圈的圈数会直接影响到该方法的计算精度，圈数越多近似的精度越高。在实践中，为了使所有路径中的相等电流流动，必须引入电流回路。这些回路中的电流产生磁场没有增强梯度磁场，反而会抵消一部分有用磁场削弱梯度线圈的效率 ... Read More

建筑发生火灾时玻璃受热破裂发生脱落行为对于火灾的发展有显著的影响。玻璃暴露区域热膨胀使得遮蔽区域受到拉应力直至发生破裂。而后，玻璃发生脱落，形成新的通风口加速火蔓延。本文采用 COMSOL 有限元的方法建立了风载荷作用下火灾中玻璃的三维物理模型，使用 Coulomb-Mohr 判据来判断玻璃是否发生破裂，研究了玻璃发生首次破裂时间和应力场分布，模拟结果与实验结果的首次破裂时间的相对误差小于 3%。本研究也为建筑防火和结构抗火提供理论基础和技术支撑。 Read More