Technical Papers and Presentations

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，我们设计了一种表面具有掺铒氟化钇钠(NaYF4:Er3+)上转换纳米球阵列的超薄晶体硅太阳能电池。利用COMSOL Multiphysics ®中波动光学模块系统的研究了具有不同尺寸和间距纳米球的晶硅太阳能电池的陷光性能。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 入射光范围内计算了模型的光反射及透射，从而得出了电池的光吸收。结果表明，在纳米球最佳直径及间距时 ... Read More

本研究针对目前传统的单间隙磁聚集器间隙无法进一步缩小，磁场放大倍数较难有效提高的现状，基于半桥结构的MTJ传感器，设计了一种新型的双间隙磁聚集器，可以将磁聚集器的间隙宽度进一步减小，获得较大的磁场放大倍数，利用COMSOL软件和实验方法进行了研究和验证。为了对比不同类型磁聚集器的聚集放大效果，本研究基于COMSOL软件采用AC／DC模块建立了分别带有单间隙和双间隙磁聚集器结构的半桥MTJ敏感体有限元仿真模型，并改变聚集器间隙仿真得到不同参数下聚集器的放大效果。仿真结果表明，双间隙磁聚集器相较于单间隙磁聚集器而言，可以较好的提升MTJ敏感体的灵敏度 ... Read More

金属丝织物声衬是应用于航空发动机短舱的新型降噪声衬，由金属丝网、穿孔板、蜂窝腔和背板组成，其中孔径仅有几十微米的金属丝网对声衬的声学性能有重要影响，因此探究金属丝网小孔内部的声场以及金属丝织物声衬内部的声场对于其降噪机理与声学特性的研究有重要意义。本文利用COMSOL中的CFD模块（高马赫数流动接口）直接求解时域下的NS方程组，对二维金属丝织物声衬在高声强下的声场进行仿真，入口处设置正弦变化的脉动压力以模拟声波入射，金属丝网小孔壁面与穿孔板小孔壁面设置为无滑移边界条件，其余计算域边界为滑移边界条件，时间推进格式选择二阶BDF格式。本文还从计算结果中提取测点处的压力信号 ... Read More

使用COMSOL APP开发工具，我们可以方便的将已有的模型进行拓展。非仿真工程师可以不用花费大量的时间去学习软件的使用、仿真的原理，也不用花费大量时间去调整模型、寻找错误，只需要使用已经整合的COMSOL APP，进行建的的模型导入和参数设置即可快速的完成仿真。 磁路仿真作为扬声器仿真的第一步，其优化的程度直接影响扬声器性能。使用COMOSL AC/DC模块可以方便的进行磁路优化仿真，但是对于初学者来说独立完成仿真建模需要花费大量时间。使用COMSOL APP开发器，我将磁路仿真、BL（x）仿真和后续的音圈参数仿真整合到一起，保证仿真精度的同时 ... Read More

借助数值模拟技术及煤层气排采经验分析排采过程中流体流动运移规律，能够为煤层气井智能排采提供技术支持。本文以某煤层气井地质与开发工程为基础，借助COMSOL软件构建求解数值模型，实现了煤层气排采动态分析及排采制度优化。取得以下主要研究成果： （1）采用含压裂裂缝的Warren-Root物理模型，以达西渗流理论知识为基础，建立了封闭可求解的煤层气排水降压数学模型。 （2）利用二维面和三维长方体叠加的混合法构建压裂裂缝，利用混合法求取边界流量，解决裂隙通量计算误差，提高了计算效率和流量统计准确率。 （3）以参数化扫描研究方法为基础，优化了该井的排采制度 ... Read More

在石油开采的过程中会产生很多的废料残渣，油基钻屑就是其中的一种。油基钻屑成分复杂，含有多种矿物油，是国家明文规定的危险废弃物，因此需要对油基钻屑进行资源化无害化处理。本文利用多场模拟商用软件COMSOL对不同几何结构参数的螺纹推进式换热器进行合理建模，研究螺纹推进式换热器的关键结构参数、螺纹转速对管侧高温烟气和壳侧油基钻屑的流动传热、阻力性能、内套管形变规律的影响关系和敏感特性。结果表明：随着螺纹转速的增大，油基钻屑出口速度、表面传热系数和流动阻力增大，出口温度升高，最大轴向位移与最大径向位移均逐渐减小；同时发现，当雷诺数Re Read More

析锂是锂离子电池容量衰减的重要原因之一，目前并不能有效的确定什么位置首先发生析锂，所以通过仿真技术对锂离子电池内部的析锂情况进行仿真，不失为一种有效的方式。通过COMSOL中的锂离子电池模块建立一维电化学模型（分为集流体、电极、隔膜五个部分），固体传热模块建立三维传热模型（为方便计算，将电芯简化为一个长方体）。这两个模型通过电化学产热和平均温度耦合在一起。温度是非恒定的，在锂离子电池模块中，扩散系数、反应速率等均是与温度相关的参数。在负极与隔膜界面上给出10个位置点位，当该点位位置处的液相电势大于等于固相电势时，认为发生析锂；由于是充电态，需要有充电截止电压 ... Read More

锂离子电池外短路是被受关注的锂电池安全问题之一，当电池发生外短路时，瞬间电流极大，电芯内部会产生大量的热，当温度达到一系列副反应发生的温度将引发热失控。因此锂电池外短路仿真有着极为重要的意义。本模型通过数学模块的PDE接口及传热模块的耦合实现。电学模块通过PDE设置（0维），其核心利用电池剩余电量作为变量，通过COMOSL中内置的偏微分方程接口，将剩余电量对时间的偏导数作为流经电池的总电流。在偏微分方程中定义因变量qc,控制方程中ea为质量系数，da为阻尼系数，为守恒通量，f为源相，当ea设置为1，da设置为1，设置为0，源相f设置为-Is时，此时方程变为所需要方程 ... Read More

随着电池单体向大尺寸，高比能量，以及快速充电的技术发展，电池的不均匀性也呈现增大的趋势。大倍率充电会造成电池较大的内外温差，甚至可能引发析锂或热失控。因此，在保证电池不析锂的前提下，开发更优的快充策略也应着重关注电池的内外温差。建立三维电化学-热耦合热模型（耦合电池接口以及固体传热接口），通过添加Event接口，进行不同充电策略的设置能够实现对电池内外温度进行仿真。3D电化学模型分为五个域（正负极多孔电极、隔膜，以及半片铜铝箔），3D热模型为真实结构的方形电池（极组与铝壳前后完全接触，左右不完全左右，空隙充满电解液域）。热源有三部分 ... Read More

复合电极（即电极中至少含有两种活性材料）被广泛采用于锂离子电池设计中。但是，实测复合电极的周期长，且现阶段还没有一种准确度高且简单实用的复合电极开路电势曲线的仿真方法。 本模型使用锂离子电池模块。步骤1：建立以复合电极为工作电极、锂为对电极的半电池的一维有限元几何模型；步骤2：定义所述半电池的材料参数和边界条件；步骤3：对半电池的一维几何模型进行网格划分；步骤4：运算，获得半电池的开路电势曲线，即复合电极的开路电势曲线。通过以上步骤获得的复合电极OCV曲线可放进COMSOL材料库，作为全电池的电极（正极或负极）OCV曲线。 Read More