Technical Papers and Presentations

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

随着天然气需求的不断增加，页岩气作为一种重要的非常规能源，对于国家能源安全和经济发展具有重要意义。然而，页岩气的有效开采受限于对其储层微观力学特性的深入了解，宏观尺度很难获得页岩各组分的力学性质。因此，我们才用纳米压痕技术来研究页岩微观尺度下的细观力学特性，并基于X射线衍射（XRD）、自动矿物分析系统（TIMA）等先进技术分析，建立微观尺度下的固体变形-气体流动控制模型，分析评估微观产气影响机理，主要研究工作如下： （1）采用纳米压痕实验技术，对页岩进行了不同加载角度下的保持荷载实验以获得页岩微观尺度下的力学参数，如杨氏模量、硬度以及蠕变 ... Read More

掺Yb3+大模场光纤放大器在高功率激光泵浦时，增益离子的量子亏损和材料的本征吸收会导致光纤内部温度的整体上升。由于石英材料的热光效应，光纤整体的折射率会在温升条件下再分布，形成沿着光纤轴向分布的长周期折射率光栅。微扰的折射率光栅会诱导信号光基模和高阶模之间发生模式耦合，使激光能量从基模向高阶模转移，形成横向模式不稳定现象(Transverse mode instability, TMI)。首次采用多物理场仿真软件COMSOL中的电磁波频域模块和固体传热模块，结合Matlab软件编程进行联合仿真，对TMI产生时光与热相互作用的动态过程进行全数值有限元仿真 ... Read More

这项研究探讨了在高温高压环境中无线无源温度和压力传感器的多物理场分析与仿真。研究的重点在于评估电磁-热-机械耦合效应，以提高传感器在极端条件下建模的准确性。研究中使用COMSOL Multiphysics软件建立传感器的三维模型进行仿真，通过射频、传热、结构力学三个模块间的多物理场耦合方程，分析并仿真传感器模型中各物理场之间的耦合关系，以定性和定量分析它们的重要性。三个模块中分别使用了电磁波，频域 (emw)、固体传热 (ht)、固体力学 (solid) 物理场接口，并用电磁热（微波加热）、热应力，固体等多物理场耦合接口来仿真器件中的多场耦合效应。 仿真结果显示 ... Read More

在所有电池系统中，锂氧电池的理论比能量最高，而实际比能量却明显不足。阻碍氧和/或电子传递导致多孔空气电极的有限利用，而实现对电化学和质量传递耦合的定量理解是具有挑战性的。本文首创了一种具有高度一致和可控通道单元的多孔电极，该电极排除了无序孔隙的随机性，从而能够研究控制机制。通过comsol建立了一个动态非均质模型，提供了LiO2的第一个时空分布，揭示了其在有限电子输运下的反向扩散轨迹。实验和模型的协同结合确定了通道尺寸在分为质量，杂交和电子传递控制的机制中的关键作用。对于大孔隙来说，提高Li2O2的导电性和减轻固液界面损伤比增强氧的扩散更为迫切 ... Read More