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All posts by Bridget Paulus

通过集总模型估算锂离子电池的参数

2019年 10月 24日

锂可用于各种场合,不过用在电池上可能是最引人注目的。锂离子电池可用于电动汽车,储能系统等。当锂离子电池用在这些领域时,工程师必须首先通过电化学分析确保其性能能够达到预期。

仿真助力设计药物输送系统

2019年 5月 17日

你有没有紧张过,感觉就像被一个小小的闪电击中一样?但是值得庆幸的是,这种疼痛通常会在几天之内消失。不过,遭受严重伤害的人并不是那么幸运,这种痛苦可能会持续数月之久。

通过建模了解肿瘤的电化学治疗

2019年 5月 2日

当前,最常见的癌症治疗方法有手术、化学疗法以及放射疗法,不过每种方法都具有重大风险。有一种较安全的替代方法是通过电化学治疗(EChT),该技术使用直流电消除恶性肿瘤。

通过仿真优化锂离子电池设计

2019年 4月 11日

快速充电和耐久性是充电电池的理想性能。然而,在充电或放电时,较高的充电速率常会导致活性电极材料中的电流分布不均匀(即电极利用率-容量吞吐不均匀),致使电池局部老化和寿命缩短。

多物理场仿真优化加热电路设计

2019年 2月 12日

加热电路广泛存在于飞机、电子留言板、医疗存储设备等设施中。与其他大多数加热元件一样,加热电路通过电阻加热工作,其中涉及电流,热传递和结构变形的多物理过程。

主题演讲视频:通过仿真优化电缆系统

2019年 1月 28日

电缆为高空飞机、地下矿井和海上风电场提供电力。根据使用情况,电缆的形状、尺寸和环境可能有很大不同——所有这些因素都会影响其性能。

主题演讲视频:通过仿真加强 STEM 教育

2019年 1月 14日

教师如何提高学生在科学、技术、工程和数学(STEM)本科课程中的学习效果?为了找到答案,美国哈特福德大学教授 Ivana Milanovic 将基于问题的学习(PBL)和基于探究的学习(IBL)相结合,开发了一种基于仿真的方法。

通过仿真保持恒温箱中的低温

2018年 12月 31日

一架空中救护飞机从头顶飞过,急速驶向一家医院,它正在将一个器官运送到需要它的病人那里,对其进行抢救治疗。为了使器官在运输过程中保持适当的温度,它被放在一个特殊的容器里,这个容器被称为冷箱或恒温箱。通过仿真,您可以分析这些箱子的设计,以确保它们对于挽救生命是可靠的。 通过冷藏链运输易腐物品 恒温箱用于保存各种产品,包括: 器官和组织 药品 易腐食品(如烘焙食品) 疫苗 试剂 例如,当准备好器官准备捐献时,这些容器(以及保存液)是运输过程(通常称为冷藏链)的重要组成部分,因为器官可能在捐赠过程中从一个箱子转移到另一个箱子。当医疗专业人员努力寻找器官并将其传递给合适的配对者时,这个箱子可以保护器官免受高温和低温的影响。理想情况下,器官应保持在 2°C(4°C)至8°C 的特定温度范围内。当恒温箱内温度高于或低于这个温度范围时,器官就会受到损坏。 根据使用目的的不同,恒温箱可能需要持续几个小时到几天的时间。回到我们的器官的例子,许多器官最多可以保存几个小时(例如,肺大约只能保存6个小时)。疫苗没有时间限制,但是与器官一样,疫苗从制造到使用期间都需要保持在 2至8°C 的温度范围内。对于偏远地区的患者而言,此过程可能需要数周时间,并且涉及多种类型的恒温设备,例如冷藏车。 像这样的冷藏车被用来运输易腐物品,例如烘焙食品。 为了使冷藏链中没有断开的环节,每个恒温容器都必须非常好地维持其所需的温度范围。同样也需要了解箱子可以使用的有效时间。为了预测这一时间,工程师可以使用传热仿真软件来分析设计。在下一部分中,我们将看到一个使用传热模块(COMSOL Multiphysics®软件的附加产品)创建的示例。 通过传热模块对恒温箱建模 在此示例中,让我们来看一个恒温箱,它的设计是让放在其中的物体可以在2-8°C的温度下保持至少24小时。这个箱子包含三个主要组件部分: 放于箱子里的物品(例如药物) 冷源(-5°C的冰) 一种绝缘材料(泡沫),它可将冰与周围环境以及箱子中的物品分隔开 在这里,冰实际上是水和增稠剂的低共熔混合物。较高的粘度意味着当冰开始融化时,由于对流运动较少,因此升温速度较慢。另外,您可以通过假设箱子完全装满来简化模型。(如果你在运输过程中使用过度包装来保护产品免受冲击,可能会出现这种情况。) 恒温箱的3D模型。 通过在 COMSOL Multiphysics 中直接输入来自美国供热,制冷和空调工程师协会(ASHRAE)的历史气候数据,就可以轻松计算出箱子周围的温度。这里的天气数据来自西班牙塞维利亚的一个气象站。从6月1日上午6点开始,该模型将包含接下来72小时内变化的温度,温度随时间变化曲线如下图所示。通过应用对流冷却边界条件,可以看到温度是如何影响箱子的。 西班牙塞维利亚6月1日上午6时至6月4日上午6时的气温历史气象数据。 该模型的一个重要方面是冰到水的相变过程。在箱子中,共熔混合物作为一种能量存储设备,被放置在盒子的四面。当冰达到约0°C时,它就开始融化,从周围吸收能量并帮助医疗物品保持冷藏状态。因此,只要箱子中仍然有冰,它就可以防止里面的物品超过8°C这一临界温度。 既然您知道如何将温度保持在理想范围内,那么下一个问题是:这个箱子能保持低温多长时间呢?您可以在下一部分中得到解答。 恒温箱可以让放置其中的物品保持多长冷却时间? 使用这样的模型,您可以看到箱子中的温度如何随时间变化(本例中为72小时)。如下图所示,冰的温度一开始迅速上升了约4度。 该图显示了在72小时的时间内,最高和最低临界温度(虚线)与箱子内物品的温度以及融化冰的比例关系。 在接下来的24小时内,温度保持平稳状态。在随后的48小时内,温度也保持在正常范围内。但是,在此之后不久,冰就完全融化了,此时温度开始接近临界温度,之后超过了临界温度。你可以由下图看到温度随时间的推移而升高。   箱子温度的动画图。 通过这个例子可以看出,工程师可以使用仿真来分析恒温容器的设计,预测放于箱子内的物品在临界温度范围内可以停留多长时间。然后,他们可以优化设计,确保医疗产品和其他易腐物品在整个旅程中都能得到保护 下一步 单击下面的按钮,就会进入案例库中,在那里可以查看该模型的 PDF 以及 MPH 文件(需要有效的软件许可证的)。 恒温箱示例 进一步阅读 在下列博客文章中了解有关仿真的更多信息: 研究相变材料的热性能 模拟热虹吸管中的相变 具有迟滞的相变材料的热建模


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