Technical Papers and Presentations

微磁学仿真(micromagnetics simulation)是自旋电子学与磁学领域中重要的一种重要的研究手段，本质上通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程来对磁性体系中磁矩的动力学进行仿真。微磁学仿真的主流软件以开源为主，包括OOMMF、Mumax3等，然而其在工程上的应用以及与多物理场耦合的扩展性仍有所不足。我们基于COMSOL的Physics Builder创立了微磁学仿真模块，不仅能够实现已有的微磁学仿真功能，还能够与COMSOL内置的多物理场进行耦合，如磁弹耦合、磁光耦合、各向异性磁电阻等，为学术研究和工程应用提供了新的接口 ... Read More

新能源汽车电池液冷板的设计优化对提升电池性能和保障安全至关重要，本研究基于拓扑优化设计，设计提出拓扑结构、矩形/梯形结构和复合结构的液冷板。为探究四种液冷板的散热性能，以电池模组为研究对象，以传统的并联矩阵形液冷板为对比，利用COMSOL内置材料模块定义液冷板材料，通过几何、传热模块和化学物质传递模块添加物理场，耦合接口的设置中流体流动为层流，传热方式位固体和流体传热。在依次完成网格划分和独立性分析后，对其进行CFD仿真实验。结果显示拓扑结构模组的冷却能力和电池均匀性最好。同时对以上四种液冷板进行加工制作进行实验，仿真与实验数据最高温度差不超过2.1K ... Read More

新能源汽车电池液冷板的结构优化设计影响着电池的性能和安全，本文引入拓扑优化方法对电池模组的液冷板结构进行优化设计，对涉及到的相关参数进行影响性分析。在COMSOL Multiphysics中对电池液冷板拓扑优化结构设计进行理论计算。通过传热与流体流动模块建立共轭耦合的拓扑优化结构模型，在拓扑优化模块中引入Brinkman惩罚函数和Darcy差值模型，得到针对于不同结构的耦合方程数学模型和无量纲方程，通过亥姆霍兹过滤和双曲正切投影方案，建立正确的目标函数和数学模型方程，根据移动渐进线方法对设计变量进行迭代计算，最终得到随迭代次数变化的拓扑结构 ... 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

研究基于自主研发并已投入运行的超高纯氪氙分离低温精馏系统的实验数据，在 COMSOLMultiphysics 软件利用非等温流动和多孔介质中的稀物质传递模块建立极低浓度下波纹规整填料PACK-13C 的 REU 模型，利用化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气液物性，通过Delft模型计算得到气液间传质系数，利用传质通量边界和边界热源模拟气液界面上的传质传热现象，分析气液两相传热传质特性，研究极低浓度(<e-7 mol/mol)下的气液传质过程，并通过改变填料几何结构进行优化分析。 模拟结果显示REU模型能较为准确地表征填料液膜上的浓度变化 ... Read More

摘要：随着新能源汽车的快速发展，汽车音频功放的热设计面临着大功率和短周期的挑战。本案例中，利用COMSOL Multiphysics软件平台传热模块，使用集总参数热网络法，忽略器件的内部结构，将器件简化为热功率模块，并利用有限元方法提取关键器件间的耦合热阻抗参数，建立了基于集总热网络法的汽车音频功放温度快速预测模型，并开发了相应的App。通过仿真和测量结果的对比分析，证明该模型能够对汽车音频功放温度进行快速预测，并且具有较高的计算精度。产品工程师利用该App，可以在产品设计阶段可以快速评估各零部件的整体温度情况和能量传递关系，以确定散热规格是否满足大功率设计需求。 Read More

本研究设计了一种模块化的多米诺磁谐振无线传能系统。WPT系统包含发射端模块、中继模块和接收端模块，其中发射和接收线圈与对应电路板分别封装于两端结构件当中。这种模块化的方式减少封装难度，并且不会减少绝缘子的绝缘距离。通过有限元模拟计算可知，两端模块化的结构不会对系统的磁场、电场和温度场造成明显影响。 通过comsol软件对WPT系统各部分进行了电-磁-热仿真计算，包括：（1）电磁感应热仿真，明确得到了PCB电路铜导线的尺寸设计参数；（2）电磁仿真，为线圈设计提供理论支撑和参数确定；（3）电场仿真，明确结构设计的可行性和可靠性。 Read More

可微波速冻水饺作为一种冷冻多组分食品，在微波复热过程中皮料的水分损失较为严重，为解决这一问题，有必要对其复热过程中的传热传质行为进行研究。本文建立了一个以速冻水饺为多孔介质，并将电磁场与传热传质相结合的多相多孔介质模型，其中耦合了“固体传热”、“稀物质传递”和“电磁波，频域”三种物理场，并结合了麦克斯韦方程组、质量守恒方程、相变方程及能量守恒方程，以测量得到的介电特性以及热特性为输入参数，模拟了在720W的微波功率下复热速冻水饺过程中内部温度场及水分的动态分布。结果表明不同组分的食品表现出较大加热速率以及水分损失的差异，经过180秒的复热后皮料的平均温度达到90℃ ... Read More

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... Read More

在国防与科研领域应用中，通过红外（IR）成像检测各种目标至关重要，尤其在3μm至5μm的中波红外波段。目前基于非制冷碲化镉的探测器提供的分辨率比较低，因为他们的像素尺寸大于15μm。因此我们想开发使用氧化钒的红外相机。与其他类型的红外探测器相比，VOx红外探测器有以下几个优点。它的像素尺寸可以做到10μm，它们探测灵敏、快速，并且可以在室温下操作。它们的成本也相对较低，可以使用标准的微细加工技术制造。 氧化钒（VOx）红外探测器基于材料电阻随温度变化的原理工作。当VOx暴露于红外辐射时，它会吸收辐射能量，随着VOx材料温度的升高，其电阻会发生变化 ... Read More