Technical Papers and Presentations

在半导体增材制备的过程中，磁控溅射，使用电离的氩离子轰击靶材形成等离子气团，进而扩散转移到晶圆表面是一种常见的增材加工工艺。许多的MEMS应用和先进封装技术中常会通过偏转靶材和衬底的相对夹角进行溅射镀膜，从而形成特殊的台阶覆盖。传统来说，上述过程的工艺仿真（TCAD）往往是以变形网格耦合定向的靶材通量实现镀膜形貌的仿真；然而，变形网格的方法难以仿真封闭微腔（不连通的新域）形成，定向的靶材流体通量忽略了镀材的扩散运动在背向镀膜侧的镀材沉积。 使用COMSOL Multiphysics，我们提出了一种求解等离子体/稀释气体的流体场通量 ... Read More

射频变温压差膨化是一种新型的无油膨化技术，目前已被应用到原切薯片制备过程中。薯片膨化过程中涉及了质量、动量、能量运输以及材料的大体积形变。开发出能够描述热量和水分传输、快速蒸发和大变形的基本模型，有助于了解并优化影响膨化过程的各个因素。本研究结合COMSOL软件中固体传热、固体力学、射频磁场等模块进行了耦合分析。我们采用电磁热多物理场来耦合电流与固体传热模块，研究了不同环境与设备参数对薯片加热的影响；通过吸湿膨胀多物理场，水分变化的稀物质传递模块与固体力学模块中的结构变化相耦合，利用空气中水分输送来模拟环境气氛的变化；在膨化变形过程的瞬态模拟中 ... Read More

轻质保温材料具有的低导热系数与材料内部所形成的结构有一定的关系。本课题所制备的轻质保温材料中由气孔、材料基质以及纤维三相组成。为研究纤维占比量对材料温度场分布的影响，采用COMSOL Multiphysics 有限元分析软件来模拟纤维加入量不同时，材料温度场的分布情况；通过图像分析软件，分析不同孔半径对材料导热系数的关系。模拟结果表明：随着纤维加入量的增加，材料高温区域面积随着纤维加入量的增加面积逐渐缩小，低温区域面积逐渐增加，材料冷面温度下降。 Read More

本研究利用COMSOL软件对静电纺纳米纤维单向导水过滤材料的过滤与单向导水过程进行仿真模拟。利用CAD对静电纺丝纳米纤维材料进行三维建模，将模型导入COMSOL中。然后，利用层流模块对气体受到的阻力进行模拟，并将模拟结果和实验结果进行比较，结果显示实验与模拟的滤阻变化趋势一致，说明了模拟的可靠性性。纤维膜的单向导水过程的模拟，选用了层流和流体相场接口进行多物理场模拟，利用COMSOL对静电纺丝纳米纤维和液体进行二维建模，对液体的流向以及纤维受到的压力进行分析，实验结果证明了单向导水的渗透机理。两项模拟的成功验证了纳米纤维单向导水空气过滤膜的功能性 ... Read More

微波消融是一种先进的局部热疗方法，已成为早期肝癌治疗的重要根治性手段之一。微波消融治疗肝癌的热力学机制对于精准化治疗策略、提升治疗效果至关重要。消融过程中组织所经历的热效应及伴随的形变特性直接关联其疗效的优劣，但临床直接测量难度巨大，建模仿真是推动该领域临床实践的有效工具。本研究通过微波与生物组织相互作用机制的数学表达，使用COMSOL Multiphysics仿真来分析消融过程中的热能分布以及由此触发的软组织热机械行为。本研究依据消融针的实际结构精确构建几何模型，并建立了电磁波与Pennes生物传热的多物理场耦合。鉴于肝脏组织电热特性对温度的敏感性 ... Read More

对锂离子电池进行准确建模有利于更好的进行电池设计和电池管理。目前对电池电化学模型的建立主要是基于传统的P2D理论，将活性颗粒假设为均匀分布的球形，使用bruggman关系式近似计算固液相的有效传输参数并忽略了粒径和孔隙率在电极内的异质性分布。在小倍率充放电条件下由于锂离子浓度梯度较小，所以均质化模型可以准确表达电池的内外特性；然而在大倍率条件下，厚度方向上复杂异质性的孔隙限制了锂离子的传输，特别是对于厚电极。此时均质化模型往往低估了电池极化，导致仿真与实验结果误差大，模型不准确。为了充分考虑电极结构的异质性，本研究在传统P2D模型的理论框架下，将电极厚度方向分为多层 ... Read More

针对一采用相变墙体材料的装配式冷库，通过 COMSOL Multiphysics®软件中的传热与CFD模块建立冷库围护结构热传递模型，分析相变层厚度、位置、表面发射率对冷库负荷的影响，分析货物入库、货物保持等不同情况下冷库内部温度变化规律，为相变材料在冷库维护结构中的应用提供指导。研究表明，采用相变材料后可以减少冷库负荷，有助于降低冷库制冷能耗。 Read More

随着锂离子电池能量密度的不断提高，电池热安全问题日趋严峻。本研究基于电池热失控反应动力学模型和相变传热模型，结合电池与复合相变材料（compose phase change materail CPCM: paraffin/ expanded graphite PA/EG）间的传热规律，建立了一个二维数值计算模型，利用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场建模与求解（图1）。首先，通过拟合产热率与温度变化的关系，构建了电池热失控模型。模型通过调整CPCM的物性参数（相变焓与导热系数），探索其对热失控传播的影响。为了确保计算精度，本研究进行了网格无关性验证 ... Read More

在设计方型电池充电策略时，往往需要先获得电池在不同温度的充电能力。制作方型电池三电极并测试其不同温度的充电能力过程繁琐且成功率低，因此通常采取制作相同材料的小容量软包三电极电池，进行不同温度、不同倍率充电测试并监控负极电位，作出充电能力曲线。但是小容量软包（<10Ah）与大容量方型（>100Ah）电池的结构差异较大，不能准确反映方型电池的充电能力。 利用COMSOL直接仿真长度约260mm，容量108Ah的方型电池的充电能力。在COMSOL中耦合锂电池模块和固体传热模块，建立方型电池模型。输入方型电池的设计信息，正负极材料半电池充放电数据和方型电池在-20℃、 ... Read More

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，仍存在两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；针对以上问题，本文发展了基于孔隙结构特征变化的气体微观扩散模型，建立了微观尺度模型用以研究页岩基质有机质与无机质气体流动-微观变形之间的耦合作用。通过离散模型对分析了微观尺度页岩基质不同矿物组分（有机质和无机质）力学参数、孔隙结构、气体流动参数差异对气体微观扩散能力的影响机制，建立了由孔隙结构和流体压力控制的有效扩散模型描述气体微观扩散行为 ... Read More