Technical Papers and Presentations

超导转变边沿探测器（Transition edge sensor，TES）利用超导薄膜电阻对温度的高灵敏响应关系来精确测量光子能量。在TES探测器设计开发中，当前主要采用小信号原理，通过线性近似方式来建立探测器输出脉冲与各参数之间的关系，该方法无法分析探测器尺寸效应、信号饱和等情况，且无法处理更加复杂的结构，这限制了TES探测器技术的发展。 在本研究中利用COMSOL Mutiphysics®软件进行TES吸收体与超导薄膜传热分布，与电信号反馈的仿真。首先，利用COMSOL固体传热模块进行对TES器件进行传热物理场的建模。然后利用AC ... Read More

钨丝是早期热发射电子源阴极灯丝的关键材料，工程组件上多数采用的灯丝直径为0.127~0.203mm，一般将其制成V型发叉式。模型构建了三维灯丝几何结构，计算过程中对灯丝弯折角处的区域进行网格加密处理。结合COMSOL Multiphysics多物理场的电磁热模块，实现了对钨灯丝的温度分布模拟计算，并进一步计算不同几何结构和不同灯丝材料对灯丝温度分布的影响。仿真结果表明，在材料钨、钛、锆以及各种弯折角度下，灯丝最高温度与弯曲处温度差稳定在30~40K左右。从趋势上看，弯折角度α越小灯丝总温度越高。该工作解释了常见灯丝熔断点非灯丝针尖的工程问题 ... Read More

随着管道运输在运输业中越来越重要的作用，对管道腐蚀部位进行精确的检测也尤为迫切，但常规的无损检测方法难于对于局部腐蚀进行有效的检测。电场指纹法（Field Signature Method，简称FSM）是一种高精度、高敏感性的无损检测技术，其依据被测表面电压信号的变化判断金属内壁的腐蚀情况，能够较有效的检测出管道的局部缺陷。鉴于实际腐蚀是一个缓慢且不易预测的行为，难以通过实际实验获得多个管道实际腐蚀信息数据库，基于此，本文采用COMSOL多物理场数值模拟仿真软件进行有限元分析，建立腐蚀信息数据库。模拟了不同影响参数对监测结果的影响，不同电场分布图见图1 ... Read More

高压直流电缆终端和接头是直流电缆系统中的关键部件。我们团队设计开发了一种±200 kV高压直流充气插拔式电缆终端。该类型终端具有重量轻、安装时间短及爆炸风险低等优势。在设计过程中，我们依靠COMSOL Multiphysics，分别进行了电热耦合和机械应力仿真建模。其中电热耦合模型用于电场强度计算，而机械应力模型用于界面压强计算。利用该方法设计的高压直流电缆终端已成功通过型式试验，证明了该设计方法的可行性。后续的裕度实验进一步表明该系统具有充足的安全裕度，其在尺寸缩小和更高电压等级应用方面具有潜力。 Read More

高压脉冲电场是颠覆性外科能量新模态技术，将高强度脉冲电场诱导细胞膜不可逆电穿孔或细胞内电处理效应致细胞死亡的创新观点应用于肿瘤的临床治疗中。国产原研第三代纳秒万伏级脉冲电场消融治疗系统（纳秒刀）获中国NMPA和美国FDA breakthrough双创新认证，获浙江省转化医学特等奖，并受邀参加国家十三五科技成就展。在纳秒刀研制过程中，COMSOL仿真软件利用其高效精确的电场分布计算，大大提高研制开发流程。 本文展示了通过COMSOL Multipyhsics软件平台在纳秒刀研发过程中应用案例，包括构建双针、单针双极、环形导管、伞状电极等仿真模型，研究几何结构、电压、脉宽 ... Read More

静电纺丝是一种用于连续制备纳米纤维的技术，具有装置简单、工艺可控和操作性强等优点。通过高压静电场使聚合物溶液带电并发生形变，在针头末端形成锥状液滴。当液体表面电荷斥力超过表面张力时，会从尖端喷射出微小的射流，并在电场力的高速固化下形成纤维。我们利用COMSOL对静电纺丝针头进行了场强数值模拟分析，研究了针头电压对泰勒锥形貌的影响。该研究可以防止不同密度、动力粘度和相对介电常数的纺丝液在纺丝过程中因电压过大而导致纤维断裂，或因电压过小而导致纺丝液残留，从而有助于形成稳定且连续的纤维，研究结果可以为静电纺丝仪器设计提供帮助。 Read More

光子晶体是由不同介电常数的材料在空间中周期排列而成的人工光学微结构，其特点之一是拥有与半导体电子能带类似的光子能带，通过选择恰当的几何空间构型、调控内部参数可以在光子晶体第一布里渊区的高对称点处实现线性色散关系，长波近似下具有服从等效狄拉克方程的准粒子描述。因此，光子晶体可以提供一种模拟相对论性狄拉克粒子的桌面实验平台。基于具有等效狄拉克描述的三角孔板型光子晶体，我们利用COMSOL Multiphysics模拟绘制了该光子晶体孔板受基底和空气层影响后的带结构和光锥；设计计算了特定边界约束下的狄拉克光子晶体微腔的能谱和本征模式；并根据光子晶体的尺度不变性 ... Read More

压电材料被广泛应用于传感器和执行器方面。压电陶瓷具有功耗低，振膜结构简单等特点。PZT具有很高的压电系数，具有机电转换效率高，驱动应用能力强的特点。 仿真设计中我们使用COMSOL Multiphysics构建了电、力、声多物理场，为了提高性能采用了多层材料叠加获得更大的法向位移，从而提高其低频响应。在压电材料的极化参数设定中我们通过求解数学方程获得一组弯曲的局域坐标，使得各向异性材料的极化参数与弯曲压电陶瓷的曲率法向一致。最后得到的计算结果与测试结果一致。同时使用COMSOL优化PZT几何参数和层数可以进一步增加其法向位移，提高器件性能。 Read More

中子不带电但有磁矩和 1/2 自旋，自旋极化的中子可以作为探测材料磁性结构的有力探针。与核磁共振成像技术原理类似，极化中子的极化矢量在外磁场的作用下会发生拉莫尔进动，以外磁场方向为轴进行旋转。基于此原理，使用电磁铁产生足够均匀的磁场并通过调整电流大小即可以实现对极化矢量方向的精确调控。由于中子极化矢量对磁场极为敏感，而在中子束流截面内的任何磁场变化，包括磁场大小与方向偏差，均会导致极化中子发生退极化，影响测量精度。我们基于 COMSOL AC/DC 模块的模拟分析与设计，实现了一个基于 YBCO 高温超导体薄膜、高磁导率坡莫合金以及 REBCO ... Read More

本文主要围绕微波连续流反应器内电磁热特性的影响因素进行分析，以分层物料温升效果为指标探究波导旋转、物料种类、腔体材料和壁面厚度的影响。其中的难点在于：1.微波穿透深度低且介质均质性，微波加热过程中容易产生热点，并可能发生热失控[1，2]。此外，微波加热是一个复杂的过程，其中所涉及材料的介电性能取决于温度[3-5]。3.在工业应用中动态加热过程中存在能量利用率低、加热均匀性差等问题仍需解决。为了克服这些缺点，已经进行了几次努力来改进微波反应器[6-10]。 使用COMSOL Multiphysics软件，将电磁场、层流和温度场进行耦合，采用多物理场仿真方法 ... Read More