研究開発におけるマルチフィジックスシミュレーションの具体例
さまざまな業界のエンジニア, 研究者, 科学者がマルチフィジックスシミュレーションを使用して革新的な製品の設計とプロセスを研究および開発しています. COMSOL カンファレンスで発表したテクニカルペーパーやプレゼンテーションからインスピレーションを得てください. 以下の選択項目を参照するか, クイック検索ツールを使用して特定のプレゼンテーションを検索するか, アプリケーション領域でフィルタリングします.
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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 ... 詳細を見る
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 ... 詳細を見る
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 詳細を見る
为了证明膨胀对电池厚度变化的影响，传统p2d模型耦合移动边界法新建立了一个模型。对复合材料的比例进行了详细分类，以准确分析两种材料对容量的贡献。此外，还研究了电极设计（如活性层厚度和负极孔隙率）以及工作条件对电池电化学性能和厚度变化的影响。当硅含量增加并改变电极结构时，容量贡献率从 85% 增加到 92%。当孔隙率从 40% 增加到 60% 以及负极活性层厚度从 55 μm 增加到 85 μm 时，容量利用率分别从 58% 到 79% 和从 68% 到 59% 不等。在速率测试中，当速率从 0.5 C 变化到 2 C 时，电池厚度变化从 2.49 μm 减小到 1.56 ... 詳細を見る
目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在两大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；针对以上问题，本文发展了基于孔隙结构特征变化的气体微观扩散模型，建立了微观尺度模型用以研究页岩基质有机质与无机质气体流动-微观变形之间的耦合作用。通过离散模型对分析了微观尺度页岩基质不同矿物组分（有机质和无机质）力学参数、孔隙结构、气体流动参数差异对气体微观扩散能力的影响机制，建立了由孔隙结构和流体压力控制的有效扩散模型描述气体微观扩散行为 ... 詳細を見る
随着天然气需求的不断增加，页岩气作为一种重要的非常规能源，对于国家能源安全和经济发展具有重要意义。然而，页岩气的有效开采受限于对其储层微观力学特性的深入了解，宏观尺度很难获得页岩各组分的力学性质。因此，我们才用纳米压痕技术来研究页岩微观尺度下的细观力学特性，并基于X射线衍射（XRD）、自动矿物分析系统（TIMA）等先进技术分析，建立微观尺度下的固体变形-气体流动控制模型，分析评估微观产气影响机理，主要研究工作如下： （1）采用纳米压痕实验技术，对页岩进行了不同加载角度下的保持荷载实验以获得页岩微观尺度下的力学参数，如杨氏模量、硬度以及蠕变 ... 詳細を見る
在所有电池系统中，锂氧电池的理论比能量最高，而实际比能量却明显不足。阻碍氧和/或电子传递导致多孔空气电极的有限利用，而实现对电化学和质量传递耦合的定量理解是具有挑战性的。本文首创了一种具有高度一致和可控通道单元的多孔电极，该电极排除了无序孔隙的随机性，从而能够研究控制机制。通过comsol建立了一个动态非均质模型，提供了LiO2的第一个时空分布，揭示了其在有限电子输运下的反向扩散轨迹。实验和模型的协同结合确定了通道尺寸在分为质量，杂交和电子传递控制的机制中的关键作用。对于大孔隙来说，提高Li2O2的导电性和减轻固液界面损伤比增强氧的扩散更为迫切 ... 詳細を見る
叶片复合材料层的击穿是风电机组遭受雷击后的主要故障形式。对于低电导率的GFRP类叶片铺层而言，雷电先导作用下的强背景电场造成的电击穿可能先于回击电弧的热效应产生。为了获得GFRP铺层的电击穿机理，基于COSMOL Multiphysics软件，建立了引下线-GFRP铺层的流注放电数值仿真模型。考虑了空气域与介质层内部的粒子输运，以及气-固分界面上的电荷沉积与注入作用。通过“稀物质传递物理场” 模块、“静电物理场”模块、“边界常微分和微分代数” 模块以及“稳定对流-扩散方程接口” 模块对控制方程进行求解。依据电场梯度分布进行了网格加密与时间步设置 ... 詳細を見る