Technical Papers and Presentations

TC4钛合金有重量轻、塑性好、比强度高、耐腐蚀性好等诸多优良特性，因此被广泛用于航空航天、生物学、医学等领域。飞秒激光的脉宽为飞秒量级，远小于电子-声子耦合时间（皮秒量级），即在飞秒激光脉冲作用时间内晶格来不及升温，可实现真正意义上的“冷”加工。由于飞秒激光常用于微小区域的精密加工，在很短的时间内难以利用仪器直接检测材料温度，因此需要开发能够精确模拟材料温度的数值模型。利用COMSOL Multiphysic飞秒激光烧蚀钛合金的双温模型，建立一个二维轴对称数值计算模型，研究不同激光能量密度单脉冲飞秒激光的对Ti6Al4V基体的烧蚀情况。从烧蚀形貌 ... Read More

由于能源的消耗，太阳能电池越来越受到人们的关注。然而，作为商业中主要应用的晶硅太阳能电池存在表面入射光反射以及无法吸近红外光的性质限制了晶硅太阳能电池效率的进一步提高。因此，我们设计了一种内嵌二维光子晶体纳米圆锥的频率上转换超薄晶体硅太阳能电池，其中铒镱共掺氟化钇钠(NaYF4:Er3+/Yb3+)上转换层夹在Ag背反射层和活性层中间，利用COMSOL Multiphysics ®中波动光学模块系统的研究了具有不同结构和电介质填充材料纳米圆锥阵列对频率上转换晶硅太阳能电池陷光增效的影响。利用周期性边界条件及有限元的思想构建了电池计算单元，在300-1150 nm ... Read More

本模型应用COMSOL中锂离子电池模块、固体传热模块，建立三维电化学-热耦合模型。根据软包三电极实测数据分别标定常温不同倍率充放电条件全电池电压、正参电压、负参电压，确定电化学动力学参数与热力学参数，完成模型的标定，然后将得出的电化学动力学参数与热力学参数运用到方型电芯的模型中，能够实现对方型电芯的常温倍率性能的预测。 Read More

三元锂离子电池作为目前电动汽车的主流储能设备之一，其电化学性能与热性能引发诸多关注。锂离子电池的内部电化学特性和热特性对其性能有显著影响，但这些特性无法通过实验方法得到。本文基于多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics® 5.4，采用有限元方法，将电池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。通过电化学模型和热模型原理，建立了30 Ah三元锂离子方形电池的三维电化学-三维热耦合模型。采用热传导模块建立了由电芯、正极和负极片组成的三维热模型，并覆盖电池硬壳，采用自由四面体法进行网格划分。基于该模型 ... Read More

模型通过锂离子电池模块和全局常微分和微分代数方程模块的耦合实现。 在锂离子电池模块中，将锂离子电池等效为一维模型（如图1所示），分别对应为铜箔，负极材料，隔膜，正极材料，铝箔。电池的循环步骤通过充分的循环边界来描述。考虑SEI膜生长造成的循环容量衰减，在多孔电极（负极）添加SEI膜电阻及子节点多孔电极反应来描述SEI生长过程。 在全局常微分与微分代数方程模块中，采用 ∂T/∂t(mCp)=Q-hA(T-T0) 公式来描述循环过程的产热情况，时刻记录循环过程中电池温度变化。通过电化学与热耦合来描述循环过程中电池自身的状态。改变充放电循环边界中的充放电电流大小（1C/1C ... Read More

近年来近钻头测量受到越来越多的青睐。近钻头测量信号要绕过螺杆钻具传给井下通讯短节，在螺杆钻具上很难实现有线通讯，所以跨螺杆无线短传成为近钻头测量的关键技术。本文利用COMSOL Multiphysics软件中的AC/DC磁场模块对螺绕环天线的响应特性进行了数值模拟分析。 首先利用电磁场公式将有尺寸的螺绕环等效为通磁流的圆柱面并推导出磁流面密度公式，应用COMSOL软件，使用三维建模的方式，建立研究所需测井仪器的响应模型，并开展网格剖分和模型验证工作，对最终的响应特性进行深入分析。得出了螺绕环在均匀介质中的感应电动势 ... Read More

基于纸基微流控芯片(μPAD)的核酸提取和扩增反应需均匀稳定、快速响应的热源。半导体制冷器具有无需制冷剂和体积小等优点，可为纸基芯片提供便携式、低功耗分析平台。相较于其他传统核酸扩增与检测设备，μPAD可以借助内部纤维结构的毛细作用自驱动输送流体介质。并且，微尺度下纤维结构具备较高的比表面积，在原理上可改善常规比色、荧光等检测方法的检出限和精准度。然而，滤纸材料本征参数对试剂溶液动态扩散过程和反应结果影响很大，数值仿真模拟是μPAD性能分析和优化设计的重要途径。本文应用COMSOL®热电效应耦合模块和非等温流动耦合模块，获取芯片内部的温度场信息，评价μPAD温控系统设计 ... Read More

由于能源紧缺和环境污染的问题，电动汽车在近二十年来得到了快速迅猛的发展。动力电池作为电动汽车最为核心的部件之一，将影响到电动汽车未来的发展方向。如果能够对电池进行合理的建模与仿真，将会对电池的研究、设计和使用具有很好的指导意义。为了配合车用BMS算法开发，需要不同荷电态（SOC）、温度、脉冲时间下的内阻、极限电流/功率的MAP等数据。而MAP数据量过大，手动逐点仿真工作量太大，同时，极限电流/功率等需要查找，手动操作复杂。通过COMSOL与MATLAB联合仿真技术自动化获取数据，可以提高计算精度，减少人为测试量，减少开发成本。 ... Read More

方形锂离子电池结构件温升仿真 随着环境污染和能源短缺问题日益严重，新能源汽车逐渐受到人们的青睐。动力电池作为电动汽车的核心部件，其使用性和安全性与温度密切相关。过高和过低的温度都会对电池性能产生影响，严重时甚至会引发电动汽车爆炸起火事故。所以想要通过有限元软件COMSOL Multiphysics建立方形锂离子电池3D电化学-热平均耦合模型，仿真得到电池内部各组件在充放电时的温度分布情况，进而指导电池设计来尽可能的降低电池在工作时的温升。 在COMSOL软件中主要使用“电池与燃料电池模块”、“AC/DC”和“传热模块”这三个模块来实现电池温升仿真。其中 ... Read More

锂离子电池的温度均匀性是影响电池充放电性能的重要指标之一，由于在放电过程中电池每个组件的产热情况不同，导致电池的温度分布不均匀，会给电池带来一定的安全隐患。因此利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立了LFP方形电池的热-电化学耦合模型，用以计算放电过程中电池各个组件产热，根据仿真结果可以得到电池各组件在放电过程中的产热功率及温度分布情况，从而为锂离子电池的结构设计提供理论参考。 模型的建立主要应用到COMSOL软件中锂离子电池接口及固体传热模块，其中锂离子电池接口用于建立电池的电化学模型，模拟电池充放电过程中电池内部的电化学反应 ... Read More