Technical Papers and Presentations

随着磁共振成像在细胞显微成像等领域的广泛应用，磁共振成像系统的微型化成为现在研究的热点之一。梯度线圈作为磁共振成像系统的核心部件，其尺寸、磁场梯度值和电感等性能将直接影响磁共振成像系统的尺寸、成像分辨率和成像时间等参数。因此，在微尺度下高性能的梯度线圈设计是磁共振成像系统微型化面临的重要挑战之一。而传统的梯度线圈设计方法如目标场法、流函数法需要通过多圈线圈近似，线圈的圈数会直接影响到该方法的计算精度，圈数越多近似的精度越高。在实践中，为了使所有路径中的相等电流流动，必须引入电流回路。这些回路中的电流产生磁场没有增强梯度磁场，反而会抵消一部分有用磁场削弱梯度线圈的效率 ... Read More

建筑发生火灾时玻璃受热破裂发生脱落行为对于火灾的发展有显著的影响。玻璃暴露区域热膨胀使得遮蔽区域受到拉应力直至发生破裂。而后，玻璃发生脱落，形成新的通风口加速火蔓延。本文采用 COMSOL 有限元的方法建立了风载荷作用下火灾中玻璃的三维物理模型，使用 Coulomb-Mohr 判据来判断玻璃是否发生破裂，研究了玻璃发生首次破裂时间和应力场分布，模拟结果与实验结果的首次破裂时间的相对误差小于 3%。本研究也为建筑防火和结构抗火提供理论基础和技术支撑。 Read More

为了研究纳秒脉冲针-板放电过程电子分布等微观过程，建立了二维对称结构计算模型，开展数值模拟研究，得到了电子数密度、电场强度、电子温度和离子数密度等分布规律以及放电通道的形成过程。研究表明放电通道由针尖处开始向阴极形成，在放电过程中，电子数密度随着电压升高而逐渐增大，达到击穿电压时开始急剧增加，在电压峰值后，随着电压的降低，电子数密度开始逐渐下降，但是开始下降的时间点滞后于电压峰值点，并且电子数下降的速度小于电压降低的速度；电场强度和电子温度先在针电极处达到一个极大值，其后随着时间的推移逐渐减小，最大值始终位于轴线处，放电通道发展到阴极时 ... Read More

车辙是一种在高温天气下会迅速发展的沥青路面病害，严重影响行车安全。由于沥青混合料是温度敏感性材料，其力学参数将随温度发生改变，因此，要对车辙进行准确预估，就必须获得路面结构内实时变化的温度场。 建立一个三维路面结构，分为六个结构层，分别定义各层的材料参数；选择传热模块中的表面对表面辐射传热，并在环境设置中选择路面结构所处地区的气象站数据；然后添加一个外部辐射源，源位置为太阳，并输入被辐射位置的坐标；设置路表面为漫反射表面，且与外界进行强制对流换热，侧面为热绝缘，底部为恒温。将漫反射表面中的表面发射率与吸收率设为变量，在计算中进行参数化扫描 ... Read More

我们分别使用一个 2D 等离子体射流模型和一个 1D 放电模型来研究了脉冲等离子体射流中 OH 自由基的产生机理。对处于空气环境下的等离子体射流，我们发现产生 OH 自由基的反应主要有 H2O 的电子碰撞电离，H2O+ 的电子中和以及 H2O 被 O（1D）分解。其中 H2O 的电子碰撞电离所占比例最大。工作气体中额外的 N2，O2，空气和 H2O 使得管外的 OH 自由基密度有了少量提升，这也是由Penning电离产生的更多的电子引起的。另一方面，所增加的 O2 和 H2O 也大大增加了管内 OH 的密度，这分别是由于O（1D）浓度和 H2O 浓度的上升。在脉冲关闭时 ... Read More

摘要 目的：大气压非平衡等离子体技术在食品安全方面凸显巨大潜力。探究空气 DBD 等离子体对苹果表面细菌生物膜的影响。方法：利用 COMSOL 软件建立二维空气 DBD 仿真模型，通过设定细菌生物膜的电导率和介电常数，并结合泊松方程，计算整个空间的电场，利用等离子体输运方程实现粒子在苹果表面和电极之间的自洽传输，利用能量守恒方程计算电子温度。结论：(1) 传播特性表明当流注头部与生物膜的距离 1mm 时生物膜附近的电离有助于负流注的传播。(2) 生物膜的结构导致了 ROS 和 RNS (通过通量 flux 和时间流量 time fluence 反映)的非均匀分布。 ... Read More

海上石油泄漏不仅造成资源的浪费，还长期威胁着脆弱的生态系统。然而浮油具有面积大、油层薄、粘度大的特点，难以采用传统的技术和材料来有效地处理。作者利用石墨烯海绵疏水亲油、导电的特点，设计了一种原位加热的方法，有效地较低了原油的粘度，增大了油在海棉里的扩散系数，在解决快速吸附高粘度原油这一世界性难题方面取得了突破性进展。 在这个研究工作中，作者发现很难在实验上获得此方法的能量消耗情况，为了回答这个问题，作者应用 COMSOL® 软件，模拟了石墨烯海绵加热吸油的热传导过程。运用电流模块，模拟石墨烯泡沫通电加热升温的过程，用热传导模块模拟热量通过石墨烯泡沫传递到油、水 ... Read More

硅通孔在实现高级集成系统中起着至关重要的作用，但是其发展受到多物理场耦合效应的极大阻碍。硅通孔的多物理场耦合过程非常复杂，热场分布、电磁场分布及结构分布是相关联、相互作用的。针对硅通孔的多物理场耦合问题，本文开展了硅通孔多物理场仿真分析研究。结合国内外在硅通孔多物理场本质研究的基础上，从多物理场耦合理论出发，建立单个硅通孔的多物理场分析模型。通过运用 COMSOL Multiphysics 软件进行建模如图 1，在稳态下选择相应的焦耳热和热膨胀接口进行仿真如图 2，经影响分析确定了硅通孔的一些结构参数，如二氧化硅隔层厚度取 0.8um，硅基质厚度取 5.5um ... Read More

焊接接头是管线工程的薄弱环节，制约着油气田的发展。传统的电化学方法在表征由焊缝、热影响区和母材等不同部分组成的、具有多界面、高度不均匀分布的电化学反应过程时存在一定的困难和局限性，导致焊接接头局部腐蚀演化过程的电化学机制目前仍不十分清楚。利用 COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件的“腐蚀，二次电流”接口对不同焊缝宽度的模拟 X80 钢SMAW焊接接头在 CO2 饱和的 NACE 溶液中的电位及电流密度分布进行了仿真。结果表明，在本文研究条件下，模拟的 X80 钢 SMAW 焊接接头的焊缝和粗晶区作为腐蚀电偶对的主要阳极，腐蚀加速 ... Read More

自铅酸电池发明以来，由于其功率密度高，成本低等优点，铅酸电池成为目前市场份额最高的二次电池。但是铅酸电池能量密度较低等缺点限制了它在诸如电动汽车等领域的应用。为拓展铅酸电池的应用范围，本文提出了一种新型铅酸电池——铅空气电池，并利用 COMSOL Multiphysics® 对其性能进行初步预测。铅空气电池是将传统铅酸电池中氧化铅电极替换为空气电极的一种新型铅酸电池。建立模型的过程中参考了案例库中“铅酸电池的放电与自放电”和“一维等温锂空气电池”两个案例，使用铅酸电池接口模拟电极反应，电极孔隙率变化，电解质传递行为和浓度变化 ... Read More