Technical Papers and Presentations

环境污染问题日益严重，新能源汽车将逐渐成为汽车工业发展的新方向，而动力电池作为整个电动汽车的驱动核心，其安全性和使用寿命受到广泛关注。动力电池组在大倍率充放电时内部化学反应加剧，各单体电池温度急剧升高，电池单体之间的不一致性加剧，容易引发热失控等一系列安全事故。本工作采用COMSOL Multiphysics有限元软件对圆柱卷绕式锂离子电池建立3D电化学-热平均耦合有限元模型，将电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为，最终建立一个安全可靠的热管理系统。 首先使用COMSOL软件的“电池与燃料电池模块”和“传热模块”这两个模块和“锂离子电池接口” ... Read More

近年来，一些研究人员基于金属波导的结构色散实现了各向同性的波导超材料，并研究了其各种各样的应用。然而，各向异性的波导超材料却没有得到深入的研究。我们利用金属平板/矩形波导在TEm模式下的结构色散，并在波导内部周期性交替填充两种不同的电介质A和B，并辅以细金属线连接上下金属板，从而可以将整个波导系统等效成二维TM偏振下的各向异性有效介质。我们发现在金属波导内沿着A-B多层介质的两个光轴方向存在两个不同的截止频率。当工作频率处在这两个截止频率范围内时，整个波导系统等效后的有效介质等频率曲线呈现出双曲函数的形式，即实现了双曲型波导超材料；当工作频率在较高的截止频率附近时 ... Read More

碱性锌铁液流电池是一种新兴的电化学储能技术，其具有价格低廉、环境友好、能量密度高等特点，具有巨大的发展潜力。但目前尚缺乏相关的理论研究，制约了其性能的提高。这项工作运用COMSOL建立了一个瞬态二维的碱性锌铁液流电池充放电模型。模型耦合了电化学模块中的三次电流分布接口与全局常微分和微分代数方程接口，用于刻画电池的电化学反应过程与电池及外部电解槽的质量平衡。该模型参考了案例库中的钒氧化还原液流电池、可溶性铅酸氧化还原液流电池和锌-氧化银电池一维等温模型三个案例，考虑了电化学反应所导致的电极中的孔隙率和物质浓度的变化 ... Read More

电动汽车领域的发展让锂离子动力电池的充电模式成为焦点，不同充电模式对锂离子电池的热安全性影响不同。借助COMSOL Multiphysics平台，通过设置锂离子电池接口和传热接口建立了电化学-热耦合模型，研究了常规充电模式中的恒流充电和恒流恒压充电模式、快充模式中的多阶段恒流和脉冲充电模式对锂离子电池热安全性的影响。研究结果表明：恒流恒压充电模式在各性能上优于恒流充电模式，但并不符合快充需求。提高多阶段恒流充电模式初期充电倍率的同时增加充电阶段可缩短充电时间、保证充电容量。脉冲充电模式增大脉冲占空比和适当缩短脉冲宽度可提高充电性能和保证充电过程中锂离子电池的热安全性。 Read More

随着新能源产业的发展，社会对于储能装置的需求也越来越大。锌空气液流电池以其高能量密度、低廉的价格以及良好的安全性和稳定性引起了广泛的关注。然而，对于锌空气液流电池内部机理研究的缺乏限制了锌空气液流电池的进一步发展。这项工作通过COMSOL建立了一个三维锌空气液流电池的模型，研究了锌空气液流电池内部传输过程以及性能提升机理。模型使用了电化学模块，化学物质传递以及CFD模块。使用电化学模块中的二次电流分布耦合化学物质传递中的稀物质传递和浓物质传递来刻画电池的电化学反应和物质传递的过程。因在化学物质传递中存在对流传递项，因此 ... Read More

通过COMSOL多物理场仿真软件，采用磁流体近似模型，进行等离子体模型建立时，首先建立二维轴对称几何模型，定义内置材料，设置等离子体内部反应方程式以及边界条件，其次进行网格剖分，最后通过研究和计算，得出仿真结果，从而对一维绘图和二维绘图进行研究。 在对等离子体模块进行学习过程中，学习COMSOL案例库中等离子体模块中直流放电“positivecolumn2d”模型和电感耦合等离子体“argongecicp”模型，对自己理解等离子体模块帮助很大。 此项关于等离子体破缺性研究的过程中，使用等离子体模块，根据不同的内部气体压强的变化 ... Read More

由于在电弧增材制造过程中复杂热循环和残余应力分布，会使沉积层产生较大的变形甚至开裂。本文建立了基于COMSOL软件的单道多层三维热力耦合模型，研究了不锈钢单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性、变形及应力场分布。结果表明：不锈钢单道多层沉积过程中，前五层沉积焊缝对基板的变形影响较大，后续的沉积层对基板影响较小；沉积成形过程经历了快速加热、快速冷却的过程，随着层数的增加，热累积效应明显，相邻两层甚至多层出现重熔；在焊缝和基板的接头部分应力最大，易产生裂纹等缺陷。 Read More

在微波加热中，其加热效率及加热均匀性一直是研究的热点问题。本文利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件的RF模块对一个长方体谐振腔的电磁功率分布进行仿真研究。对谐振腔内环氧树脂材料负载上的电磁功率、功率变异系数以及归一化体积等特征值进行对比分析，研究改变腔内金属隔板的几何形状、尺寸对负载加热效率及加热均匀性的影响。仿真结果表明：在谐振腔内部增加金属板能够提高加热效率，隔板几何的变化会影响加热效率和加热均匀性。最终文中给出了当隔板分别为正方形、圆形时，获取加热效率较高同时加热均匀性较稳定对应的隔板参数设置。研究结论可以为谐振腔的设计提供指导意见。 Read More

微波合成法由于速率快、产率高而在材料制备尤其是有机金属框架材料（MOFs）合成中广泛应用，但微波不均匀分布会引起溶液内局部过热，使得操作条件的改变对产品形貌有极大影响。因此，我们通过数值仿真模拟MOFs合成过程，探究微波条件对合成环境的作用规律。采用Comsol Multiphysics中的“电磁波，频域”物理场模拟微波腔内的电磁场分布，用于计算“非等温流动”中传热方程的广义热源，由此模拟反应器内的温度分布。模拟结果显示，微波加热远快于自然对流传热速度，使溶液中有较大的温度梯度而形成局部过热现象。通过参数化扫描对操作条件进行分析，发现过热点的形成和分布状态受设备参数 ... Read More

已有研究结果表明，利用微波加热技术可使页岩气储层中产生裂缝，促进页岩气的增产。尽管在实验和数值上进行了广泛的研究，但在当前工作中样品尺度上的加热和矿物尺度上的破裂被分别、单独表示，微观观察结果并没有得到充分的解释。此外，目前的研究方法没有充分考虑不同矿物的几何形状、尺度和应力状态之间相互作用。本项工作提出了一种研究电磁热应力耦合损伤过程的新方法。在样品尺度上对微波加热进行模拟，并在微观尺度上对由此产生的应力-损伤响应进行模拟，其中具有不同热、力学特性的矿物以薄片形式堆积，而不是像以前工作中的内部嵌套。在页岩样品中观察到一个三阶段的温度上升曲线，但不一定在所有岩石中体现 ... Read More