Technical Papers and Presentations

陷落柱、断层、煤层变薄带在煤矿开采过程中是常见的地质异常体，往往伴随着突水、瓦斯突出等事故的发生，给煤矿生产和建设带来重大的安全隐患。利用COMSOL软件，设计地质模型，模型尺寸1000m×500m，自上而下共分为三层，其中上岩层240m，中间煤层20m，下岩层240m；煤层中设有煤层变薄带、断层，以及穿透煤层的陷落柱。模拟过程中利用声学模块中的压力声学，瞬态接口，模型的上下左右都采用平面波辐射条件（除炮点），减小边界反射效应；在模型的左上方位置设置一个炮点，激发信号为频率100KHz的高斯脉冲，设置法向加速度条件。自由三角形网格剖分，计算得到二维绘图组 ... Read More

在振动仿真中，网格量永远是考验工程师的重要问题，虽然计算机性能的提高可以解决一部分计算量问题，但这远远不够。一种有效的方式是进行二维计算，COMSOL Multiphysics® 中也有二维轴对称的几何维度，这极大地方便解决轴对称目标问题。但是由于空间维度的限制，只有当研究目标和其激励均为轴对称的情况才可以应用，这极大地限制了二维轴对称的应用。 在研究中，提出了一种针对二维轴对称目标的算法，以水下弹性结构声散射为例，建立了轴对称目标非轴对称载荷的模型。将需要三维建模计算的模型改为仅需要建立二维轴对称模型即可，大大降低了计算量。 在 COMSOL 的应用中 ... Read More

电阻抗成像（EIT）技术由于分辨率较低受到专家学者的诟病，而EIT与超声技术两者的结合以及 EIT 与磁共振技术两者的结合可以提高成像的分辨率，但仍分别存在电极射频屏蔽效应以及分辨率难以进一步提高等问题。本文将磁共振成像技术和磁声电技术优势互补，采用低频振动进行激励，提出了一种新的动电成像方法，并采用 COMSOL 软件建立了二维仿真模型，使用 PDE 模式对动电阻抗成像的正问题进行了仿真研究，利用 COMSOL 的仿真结果结合Matlab软件进行了反演，实验结果可以反映出仿真模型内部的电导率分布，能够解决上述电阻抗成像结合技术存在的问题。 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

近年来近钻头测量受到越来越多的青睐。近钻头测量信号要绕过螺杆钻具传给井下通讯短节，在螺杆钻具上很难实现有线通讯，所以跨螺杆无线短传成为近钻头测量的关键技术。本文利用COMSOL Multiphysics软件中的AC/DC磁场模块对螺绕环天线的响应特性进行了数值模拟分析。 首先利用电磁场公式将有尺寸的螺绕环等效为通磁流的圆柱面并推导出磁流面密度公式，应用COMSOL软件，使用三维建模的方式，建立研究所需测井仪器的响应模型，并开展网格剖分和模型验证工作，对最终的响应特性进行深入分析。得出了螺绕环在均匀介质中的感应电动势 ... 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

城市内超高层建筑物的高度和密度的快速增加会影响城市风环境，城市风环境与人身健康、社会经济息息相关，然而目前缺乏针对超高层建筑物的高度和密度对风环境影响的定量研究。本文利用COMSOL Multiphysics® 5.2版本CFD模块中的湍流k-ε接口，采取控制变量法，数值模拟超高层建筑物不同高度和密度分别对应的城市风场，从高空风噪、阻挡作用、城市通风三个方面综合评价风环境质量，探索形成良好风环境的高度密度参数组合。研究结果表明，相邻两栋超高楼之间的高宽比小于0.89时，高空风噪、阻挡作用、城市通风都能较好地符合环境要求。 Read More

空间堆中的热离子转换器（TEC）由于在将核反应堆中产生的热能向机械能转换的过程中不需要中间步骤，相比于布雷顿循环等动态转换方式更紧凑、质量更轻且无声，同时又比温差电转换等其他静态转换方式效率较高。由于热离子反应堆的实验研究和测试是一项复杂而昂贵的工作，因此需要通过仿真模拟对热离子转换器进行性能分析及优化设计，并对未来的实验设计提供依据。本文使用COMSOL®软件对多节串联热离子转换器实验装置进行了温度、力学和热电转换的耦合计算，采用2维轴对称几何建模，核反应热源通过电加热模拟，热阱采用共轭传热模拟。相比单节热离子转换器 ... Read More

拓扑光子晶体由其独特的边缘态和单向导波特性而备受关注。研究者发现可利用旋磁材料的磁场响应打破时间反演对称性来实现光子晶体中的拓扑边缘态。这促使我们研究旋磁散射体的散射现象并探索对拓扑光子绝缘体能带结构进行建模的有效方法。本文中，我们比较宽带格林函数方法（Broadband Green’s function）与COMSOL中有限元方法在处理这一问题中的应用。 宽带格林函数方法通过将面积分方程转化成一个特征值问题来研究光子晶体中周期排布的散射体对电磁波的散射行为。宽带格林函数是对周期格林函数的一种有效表征方式 ... Read More

MEMS压阻式压力传感器的输出特性易受温度的影响，而通常温度补偿技术具有复杂的校准过程，为了使其具有成本效益，通过保持传感器在恒定温度下运行来替代温度补偿技术。本案例中，通过集成MEMS加热电阻器来控制MEMS压力芯片的温度，使MEMS芯片的温度保持在恒定温度。 本案例第一个研究模拟了不同环境温度对MEMS压阻式压力传感器输出特性的影响；第二个研究模拟了MEMS加热电阻的电热产生、传热以及机械应力和变形。模型同时使用了“传热模块”的“固体传热”接口、“AC/DC模块”的“电流，壳”接口以及“结构力学模块”的“固体力学”和“膜”接口。 ... Read More