Technical Papers and Presentations

冻融循环引起的破坏是季节冻土区渠道的主要病害，其发生与温度梯度和水分迁移有密切的联系。为了研究冻融循环作用下土体温度变化与水分分布，多场耦合理论应运而生。但目前存在的多场耦合模型大多采用了过多的参数，其中的一些参数甚至难以确定。因此本文基于Harlan流体动力学模型，以温度和孔隙率为变量建立了一个实用的多场耦合控制方程，然后采用COMSOL Multiphysics中的数学模块中的系数型偏微分方程（PDE）对土体温度场和水分场进行模拟，并与室内水分迁移试验进行对比，证明了该耦合模型的有效性。最后以北部引嫩工程渠道为例，建立模型试验，所得试验结果与模拟结果也是十分接近。 Read More

2015年由美国大发起页岩气革命成功地使美国从油气进口国转变为油气出口国。这使得页岩气成为能源领域关注的热点。页岩气与煤炭和石油相比更为清洁，且储量更为丰富。开发页岩气的两项关键技术是水平井钻井技术和压裂改造地层技术。 然而，由于页岩相比于其他岩石水化学活性更强，导致在水平井钻穿储层过程中井壁极容易垮塌失稳。油基泥浆的使用可以克服上述问题，但成本昂贵且受环保限制。水基泥浆的普及依赖于对页岩水化的深入理解。在页岩水化反应过程中，温度场、离子浓度场、渗流场、应力场均不同程度地作用在井壁周围岩石，而且相互耦合作用随时间不断变化 ... Read More

微纳米马达是一种能将周围环境的能量转化为自身自主运动的新型智能仿生材料，其在药物的运输与释放，低维材料的合成以及软物质研究中有着重要的应用[1]。基于自电泳的双金属棒马达是研究时间最长的一类马达，它有着与自然界中类似的自组装和群体行为的特性[2]。但是其运动机理复杂且涉及到多个物理场的紧密耦合，这就为其进一步的研究和应用带来了一定的困难。 COMSOL Multiphysics® 可以方便地进行多物理场的模拟。图(1)展示了双金属棒的自电泳机理， 由于棒两端的化学反应造成了带电离子浓度的分布不均匀，进而产生自生电场驱动马达运动。其中传质过程 ... 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

干热岩致密且天然裂缝发育，能否有效激活天然裂缝、提高储层连通性是高效开发干热岩地热能的关键。流-固-热耦合作用下的裂缝剪切滑移机制是其关键科学问题之一。本文基于 COMSOL 多物理场计算平台，建立干热岩压裂裂缝剪切滑移模型，综合考虑热储层与注入流体换热、原地应力、缝内净压力、裂缝面摩擦系数等原位参数，得到了裂缝剪切滑移加速度与位移、速度与位移、位移与时间以及摩擦力与位移的变化规律。同时研究了材料属性、法向加载路径、切向载荷和摩擦系数等因素对极限滑移距离的影响规律。结果表明：裂缝极限滑动位移（极限滑动距离）受岩石弹性模量、裂缝面摩擦系数 ... Read More

能量存储技术是减少能量浪费和节约能源的最为有效的手段之一。热化学储能技术具备高功率、大容量和低损耗的特点，在实际应用中可近乎无损耗地进行跨季节性利用，上述优点使得热化学储能近年来吸引了国内外学者的广泛关注。热化学能存储过程涉及流动、传热、传质、反应多个物理过程，为了完成实验室级测试到工业级应用的推广，储能设备的仿真模拟是必不可少的一环。为了简化计算，目前几乎所有的数值研究都假设储能材料的孔隙率为均匀且定常的；但在实际的物理过程中，孔隙率与反应程度紧密相关并随时间和空间变化。本文通过推导建立孔隙率变化的热化学储能模型 ... Read More

引言：微波干燥过程涉及多物理场的耦合，物理过程十分复杂。不仅有被加热物质的形态改变，还有气态、液态和固态三相的相互作用。为了更清楚地理解微波干燥过程，本模型将电磁场、多相流和物理变形用相应的方程耦合到一起建模分析，并用相应的物理参数表征微波干燥过程。（图1） COMSOL Multiphysics® 的使用：借鉴微波加热接口土豆模型，添加气体和固体传热接口以及自定义方程，用方程和参数实现多物理场耦合。实验模型中，干燥物为土豆，且被视为多孔弹性介质。物质变形用相应的矩阵来表征。 结果：在仿真结果的基础上，利用家用微波炉干燥土豆，设计实验 ... Read More

节能、高效、紧凑已经成为制冷空调行业的发展趋势，其中强化换热技术尤为关键。因此，本文采用COMSOL软件对微型错排管换热器进行了建立二维模型，基于瞬态模型，采用流动和传热模块进行有无交变压力波的数值模拟分析。结果发现随着交变压力波的添加大大增加了速度场、压力场及温度场的波动情况，使得管内工质边界层破坏降低了传热的热阻综合空化链式理论，交变压力波能够起到强化传热的作用，提高了制冷效率，有利于推动制冷行业的发展。 Read More

现在 COMSOL Multiphysics® 中对时域问题的处理大多数通过离散时间来处理，比如微波炉中加热一杯水，杯壁由两半不同介电常数的玻璃组成，杯子在托盘带动下旋转，对杯子中的水进行受热分析。传统的解法是将要分析的过程离散为一定步长的时间点，每算完一个时间点将杯子旋转一定的角度，然后在求解器中设置此次计算结果作为下一个时间点的初值。如果时间步长足够短，便可以模拟水的受热情况。这种做法的不足之处是需要调用 MATLAB 联合求解，计算时间较长。而且还有一个问题是在不同的时间点，由于场分布不同，杯子的位置不同，COMSOL 中剖分的网格应该是不同的 ... Read More

摘要：油气勘探开发实践表明，主要油气层段中会存在 1.0m 以下的薄油气层。地质研究及试油试气结果证实，如果措施得当，这类薄储层也能获得较好的产能。为了研究高分辨率阵列感应测井仪器在含薄夹层地层中的测井响应特性，基于 COMSOL 软件 AC/DC 模块中的磁场模块，建立高倾角含层内夹层的三维地层模型，在改变目的层厚度 H、倾角 θ 及层内夹层厚度 Hj 等参数的情况下，计算低阻围岩情况下（围岩电导率 0.1S/m，目的层电导率 0.01S/m）阵列感应仪器发射源位于不同位置h时的测井响应，通过 LiveLink™ for MATLAB® ... Read More