Technical Papers and Presentations

热光伏(Thermophotovoltaics, TPV)系统是一种结合了太阳能热发电技术和光伏发电技术的系统，它能够更高效地利用太阳光谱中的热能和光能。对TPV系统而言关键是要提升其转换效率，本工作采用COMSOL Multiphysics 6.0波动光学模块，开展了超材料发射体的结构与材料设计，得到高度的选择性发射光谱，从而提高TPV系统效率。 纳米金属结构的超材料发射体单元结构分为三层：上层是圆柱纳米金属结构，中间是介质层材料，底层是与中间层同样大小，有一定厚度的金属基板，如图1所示。我们探究了不同材料对辐射器发射性能的影响，其中金属包括W，Ta，Mo ... 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

采用有限元方法建立了4H-SiC单晶生长过程热弹性应力和位错滑移的数值模型，考虑了晶体直径、生长温度和离轴生长的影响。利用COMSOL Multiphysics软件的固体传热和热辐射物理场，计算了晶体生长炉内二维轴对称全局温度场，将计算得到的晶体二维温度分布通过软件转化为三维温度分布。基于固体力学和数学模块的域微分方程物理场进行了三维各向异性热应力和位错密度的计算。通过软件定义了位错滑移平面的法向量和滑移方向，计算得到了沿基平面和棱柱面滑移方向的分解剪切应力。通过在软件中建立旋转坐标系来考虑籽晶离轴角对晶体生长的影响，通过参数化计算实现了不同离轴角情况下的对比 ... 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

微通道精馏是一种新型高效的精馏提纯装置。本文提出了两种用于精馏的微通道结构，分别采用金属孔板和多孔介质作为液相流道。在COMSOL Multiphysics软件中构造上述两种结构，并建立了丙烷/丙烯混合物分离的传热、传质及流动的多物理场耦合模型，通过化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气、液混合物物性，使用浓物质传递模块，基于Maxwell-Stefan模型及双组分系统传质经验关联式获得气相和液相内部及气液相界面处传质特性，以实现对微通道精馏装置内丙烯/丙烷两相流的相变传热和精馏传质过程的模拟，对比分析两种结构对微通道精馏过程传热、传质和流动特性的影响。研究结果表明 ... 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

天然气掺混氢气后进行燃烧发电能够降低温室气体二氧化碳的排放。在燃烧前，两种气体需要经过静态混合器以保证氢气与甲烷充分混合。此研究根据实际工况条件，建立甲烷和氢气混合的热力学及动力学模型，对比两种气体在不同几何构型混合器中混合后的均匀程度。基于混合工艺条件，首先比选了不同的甲烷氢气混合体系的热力学模型，确定了合适的混合气体密度、黏度以及分子扩散系数的计算方法；其次通过计算流体力学建模，分析了工业上常用的T型管、KSM螺旋式静态混合器和一种基于倒圆锥台几何构型的混合器在甲烷和氢气混合上的性能。以模拟计算出的分离强度作为对比指标 ... Read More

使用COMSOL Multiphysics计算了硅基锂离子电池在不同硅颗粒大小，电池放电倍率及固体电解质界面几何均匀性三个条件下SEI的稳定性。仿真结果表明，当硅颗粒半径从800 nm减小到600 nm和400 nm时，失效时间分别增加到原来失效时间的129%和165%。当结构缺陷深度比从0.6降低到0.4和0.2时，破坏时间分别增加到174%和237%。放电倍率方面，与0.1C相比，0.2C和0.3C下的失效时间分别延长至134%和239%。依此证明了减小硅颗粒粒径，人工设计结构均匀的SEI，采用较小倍率运行电池都是提升SEI稳定性的手段 Read More

本文介绍一种使用COMSOL Multiphysics 软件进行电声和电磁器件仿真的方法。电声与电磁器件在工作过程中通常涉及电磁能-机械能-声学的多物理场的转换，因此与COMSOL Multiphysics的特点十分契合。与上述三种物理场对应，在仿真过程中需要使用AC/DC模块、结构力学模块和声学模块，最终获得BL值、频响曲线等预测物理数值以及声压分布图、磁通密度分布图这种更具直观视觉效果的物理数据3D彩图。上述仿真方法通常会遇到以下问题，首先是几何网格剖析密度的选择，需要对结果准确度和计算效率进行平衡取舍。第二是随着材料学科的迅速发展，COMSOL ... Read More

（1）研究内容及难点：电极腐蚀是电润湿器件主要失效模式。鉴于电润湿核心功能层（疏水绝缘层）多为多孔结构的现实，电场作用下导电流体在孔径中的传输行为对理解电极失效机理有重要意义。本文拟通过引入电渗流、电毛细耦合作用，揭示疏水绝缘层中复杂交错的孔洞内部流体运动规律，预测穿透孔径形成腐蚀通路的阈值条件。该研究的难点主要是需要考虑纳米孔洞中存在的空气域，需要计算纳米孔洞中电渗流如何挤压空气域到达绝缘层底部的电极表面。 （2）COMSOL Multiphysics仿真：仿真运用两相流和静电场，由于疏水绝缘层材料接触水后，会产生负的表面电荷，以及在电场的作用下，由Young ... Read More