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用动画的形式将仿真结果可视化
如果您是 COMSOL 博客的读者，一定知道我们非常喜欢用动画的形式来帮助用户理解博客中复杂的概念。这些动画大部分都是直接从 COMSOL Multiphysics® 软件中导出的，这表示 您 也可以将自己的仿真结果以动画的形式导出。如果您想详细了解具体的操作步骤，请观看文章末尾列出的视频。
模拟固态锂离子电池中的电化学过程
传统的锂离子电池中采用的电解质通常包含易燃的液体溶剂，电池一旦过热便极易引发火灾。为了改进电池设计，提升安全性，人们希望用不可燃的固体电解质替代传统的液体溶剂。不过，要想改进这一技术，并实现其工业化应用，首先需要全面深入地理解装置中的电化学过程。借助仿真这一可靠的工具，相信在不远的将来，我们便可以实现固态锂离子电池的大规模应用。
使用转子动力学模块分析各类旋转机械
在模拟旋转机械时，可通过研究振动对机器性能的影响来有效避免机器故障。为了实现这一目标，一种方法是使用新的“转子动力学模块”，它是 COMSOL Multiphysics® 软件“结构力学模块”的扩展模块。在本文中，我们将介绍“转子动力学模块”，带领你了解它的实用特征和功能，助你改进旋转机械设计流程。
刚度可以是负的吗？
你是否遇到过力不随位移单调增加的有限元公式？这篇博客，我们来讨论这种行为的一些例子：负刚度。
为什么冰足够滑，适合滑雪和滑冰?
“冰为什么是光滑的?”为这个问题找到一个科学的解释似乎很简单，但实际上，几个世纪以来，这一直是一个备受争议和令人困惑的主题。随着世界上大部分地区的人们开始为过冬做准备，我们来探索光滑的冰是如何让我们能够滑雪、滑冰，甚让我们在停车场摔倒背后的科学。
借助仿真设计高效的透皮给药贴片
透皮给药（transdermal drug delivery，简称 TDD）贴片的作用是在一段时间内将药物持续渗透到患者体内。然而，人体的皮肤是阻止外来物质（也包括药物在内）入侵的天然屏障。为了制造出可有效穿透皮肤的 TDD 贴片，研究人员利用仿真对药物的释放过程和皮肤的吸收过程进行了研究。Veryst 工程公司（Veryst Engineering）在 COMSOL Multiphysics® 软件中创建了 TDD 贴片模型，并将仿真结果与实验数据进行了比较。
如何模拟电动磁悬浮装置
当导体材料附近存在时变磁场时，会发生电动磁悬浮现象。在本篇博客文章中，我们将通过两个示例来演示如何模拟这一现象。这两个示例分别为电动磁悬浮装置的 TEAM 标准问题和电动悬浮轮。
使用域分解求解器处理热粘性声学问题
在最近的一篇博客文章中，我们讨论了如何在 COMSOL Multiphysics® 中使用“域分解”求解器来计算大型问题，并介绍了集群上的并行计算。文章还展示了多种节省内存的途径，主要包括在集群上对自由度进行空间分解和在单节点计算机上启用重新计算并清除 选项。为了进一步说明“域分解”求解器在减少内存占用方面的优势，让我们来具体探讨一个热粘性声学问题：模拟穿孔板的转移阻抗。
使用 COMSOL Multiphysics® 中的域分解求解器
“域分解”求解器由于在几何层面具有内在并行性，因而是一种占用内存较少的迭代算法。利用这一方法，我们可以计算那些无法通过其他直接或迭代方法求解的大型建模问题。此求解器主要在服务器集群上运行，也可在笔记本电脑和工作站中用于求解计算量很大的问题。让我们看看如何在 COMSOL Multiphysics® 软件中使用此功能。
设计自行车安全灯的电源
今天，我们邀请的特约作者是来自 Reelight 公司的 Rune Thygesen，他将讨论如何使用仿真设计自行车安全灯的电源。 Reelight 公司正着手开发一款价格低廉、安装便捷的自行车安全灯。除了需要设计坚固、灵活的支架系统外，全新的发电平台也是重要的设计目标。借助仿真设计，我们成功开发出了一款易于使用且安装快速的发电平台。
为什么烈火阿拉斯加蛋糕内的冰淇淋不会融化？
烈火阿拉斯加（baked Alaska）是一款能让晚宴宾客啧啧称奇的甜品。制作这款经典的待客甜品时，首先将冰淇淋铺到海绵蛋糕上，然后在冰淇淋上盖满蛋白糖霜。为了使蛋白糖霜焦糖化，甜点要放入热烤箱烘烤，但内部的冰淇淋会令人惊奇地保持冻结状态。在本文中，我们将利用 COMSOL Multiphysics® 软件的传热仿真功能，探寻烈火阿拉斯加的奥秘。
利用数值仿真研究食品包装中的矿物油迁移模式
食品包装常常由报纸或塑料等再生材料组成，其中可能含有残留的矿物油油墨。这些残留在再生材料中的潜在微量有害物质会从包装中迁移到存储的食物中。为了解决这个问题，一个研究团队开发了一个数值模型来分析各种包装中矿物油的迁移模式。与实验研究相比，他们的仿真为优化食品安全提供了一种更加经济有效的方法。
借助结构力学分析确认板球板的“甜区”
在竞争激烈的职业板球比赛中，每一次击球对于比赛的胜负来说都非常重要。为了提升击球的力度，击球手需要一个精心设计的球板并了解如何正确使用。设计更完美的球板是提升击球手击球技能的重要途径，而设计的重点便是找到所谓的“甜区”。来自西印度大学（University of the West Indies）的一支研究团队利用 COMSOL Multiphysics® 完成了结构分析，并找到了球板的最佳击球点。
学生在超级高铁设计大赛中展示仿真优化设计方案
今天，我们邀请了来自荷兰代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）的特约作者——Bauke Kooger，一起讨论有关超级高铁中磁悬浮系统的建模问题。 超级高铁（Hyperloop）是一种设想中的运输方式，系统中的车辆或“胶囊”座舱以声速通过低压真空管道。在如此高的运行速度下，磁悬浮推进系统相比于空气轴承和车轮系统，展现出了巨大的优势。为了测试构想方案，代尔夫特大学的超级高铁研发团队在 COMSOL Multiphysics® 软件中模拟了他们设计的车舱磁悬浮系统。
如何在仿真研究中使用声学拓扑优化
今天，瑞声达听力集团的客座博主 René Christensen 跟我们一起讨论声学拓扑优化的重要性，以及如何在 COMSOL Multipysics 中应用声学拓扑优化。 拓扑优化是一种强大的工具，通过使用这种工具，工程技术人员能够找到与其应用相关的问题的最佳解决方案。本文中，我们将深入研究声学方面的拓扑优化，以及如何最优分配声介质来获得所需的响应。下面几个例子将进一步说明这种优化技术的潜力。
优化用于海洋声学层析术的可调式风琴管
海洋声学层析系统通过在两个仪器之间传播音频信号来测量温度。这类系统一般需要利用低频信号来覆盖宽频带，并要求使用大功率声源。可调式风琴管能够平衡效率与功能，是实现上述目标的可靠选择之一。Teledyne Marine Systems 集团下设的 Advanced Technology Group 的研究人员使用仿真改进可调式风琴管设计，并对仿真与实验测试结果进行了比较。
在 COMSOL Multiphysics® 中高效模拟天线
在天线建模过程中，为了保持效率和准确性，我们应该从简单的几何形状开始模拟，然后逐渐添加更多复杂的功能。最终的模拟需要包括足够的细节，以准确表达我们的设计，同时删除那些增加计算成本的、不必要的单元。
模拟弹塑性材料中的疲劳失效
疲劳失效的一个例子？将一个金属回形针来回弯曲，直到最终折断。了解如何使用 COMSOL Multiphysics® 对弹塑性材料中的这种行为进行建模。
如何使用仿真 App 自动进行电机绕组设计
为了在电机中自动化缠绕设计，您可以结合选择的力量和 Application Builder。请看这里。
如何模拟锂离子电池的短路
电池短路是一个糟糕的故障：电池中储存的化学能会以热能的形式损失掉，而无法为设备所用。同时，短路还会造成严重发热，这不仅会降低电池材料的性能，甚至还可能因为触发热失控而酿成火灾或者爆炸。为了消除设备中可能造成短路的潜在条件，并确保短路不会引起危险的工作状态，我们可以借助 COMSOL Multiphysics® 对锂离子电池的设计进行研究。
使用多物理场建模分析真空干燥机的速度
在某些食品和制药行业中，经常使用不同类型的干燥机来干燥热敏性产品。真空干燥机提供了一个解决方案，从这些敏感物质中去除水和有机溶剂。为了获得最佳的真空干燥机设计性能，工程师需要权衡快速干燥时间和高质量产品的双重需求。为此，您可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件研究真空干燥过程。 真空干燥机的优势和功能 从古至今，人们就一直将干燥作为保存食物的一种方法。随着时间的推移，干燥过程从露天干燥或日光干燥逐步扩展到其他干燥技术，例如太阳能干燥，冷冻干燥和真空干燥。从制药到塑料行业等，干燥也是许多应用领域的关键过程。 今天，我们将重点专注于真空干燥的化学过程，这在干燥热敏材料（例如食品和药品）时特别有用。真空干燥机在制药行业通常被称为真空烤箱，同时它还具有其他优点。因为真空干燥机需要在较低的温度下才能运行，所以其消耗的能量更少，从而降低了成本。同时，真空干燥器还能回收溶剂，避免氧化。 旋转真空干燥机。MatyldaSęk 提供自己的作品。通过 Wikimedia Commons 在 CC BY-SA 3.0 下获得许可。 真空干燥机可去除湿粉中的水和有机溶剂。干燥机的工作原理是在真空中降低液体周围的压力，从而降低液体的沸点，并提高蒸发速率。结果，液体会以更快的速度干燥（此过程的另一个主要优点）。 为了使真空干燥有效，我们需要在不伤害产品的前提下减少干燥次数，这意味着我们需要严格控制操作条件。为了平衡这些目标并了解操作条件如何影响产品，可以使用 COMSOL Multiphysics 的多物理场建模功能。 利用多物理场模型分析真空干燥机的干燥速度 今天，我们将分析 Nutsche 过滤干燥机的真空干燥过程。该干燥机的工作原理是从容器的底部和侧壁加热湿的饼，并降低饼顶部的气相压力。该示例基于 Murru 等人发表的论文。（模型文档中的参考文献1）。 首先，让我们近距离查看该模型。该真空干燥机由一个包含湿饼的圆柱滚筒组成，该圆柱滚筒包含三相：固体粉末颗粒、液体溶剂和气体。饼的材料属性需要包括所有三个阶段的属性，这取决于饼中每个阶段的比例变化。每个阶段的部分是由体积分数决定的，这是我们建模的变量之一。 在二维轴对称组件中，将饼建模为半径 40 cm，高 10 cm 的矩形几何形状。在顶部，我们的模型暴露在一个低压顶部空间中。同时，在过滤干燥器的侧面和底部边界处使用热通量边界条件考虑 60°C 的加热流体。 轴对称 Nutsche 过滤干燥机中的真空干燥过程。 接下来，我们的教程结合了蒸发和传热建模，以研究滤饼的液相分布和温度。利用 系数型 PDE 接口计算滤饼的溶剂体积分数，并使用 “ 固体传热” 接口模拟传热。为了解决多孔介质中的水分传输问题，我们在传热模块中使用了预定义的多物理场接口。我们还同时使用热沉和质量沉两项考虑溶剂蒸发，并将溶剂输运作为扩散过程进行近似估算。 我们对模型做出以下假设： 当液相值达到零时，蒸发停止，表明液体已完全蒸发。 当局部蒸气压小于顶空水蒸气压时，蒸发停止，表明蒸发没有驱动力。 当液相的体积分数降至临界值以下时，溶剂中的扩散停止。 在这些情况下，我们可以使用阶跃函数将蒸发速率和扩散系数平滑地降低到零。 我们的烘干机运行速度有多快？ 我们可以看到我们的仿真结果和预期结果基本一致。让我们从30个小时后的滤饼开始分析。如下图所示，滤饼的温度在侧边界和底边界都接近加热流体的温度（60°C）。液相的体积分数在这些受热边界附近最低，而在滤饼的中心最高。此外，表观的水分扩散率在滤饼中心是最高的，在液相蒸发的地方几乎为零。考虑到我们模型的假设，这些结果都是在预期中的。 30小时后，滤饼的温度（左），液相的体积分数（中）和表观水分扩散率（右）。 换种方式，让我们扩展时间范围，看看 10、20 和 30 小时后的蒸发速率。这项研究也得到了预期的结果，它显示出蒸发从加热壁开始，并且当这些边界处的溶剂量减少时，蒸发就减少。在此过程中，蒸发前沿移向滤饼的中心。 10（左），20（中）和30（右）小时后的蒸发速率。 通过仿真得到的定量结果与先前的研究结果非常吻合，这验证了它们的有效性。因此，我们可以使用此模型来准确预测产品随时间的干燥程度。利用此信息，我们可以最大程度地减少产品暴露在高温下的时间。此外，如果要减少热敏产品的干燥时间，我们可以更改干燥机的尺寸。通过多物理场仿真，我们可以设计出效率更高的真空干燥机，以用于各种行业。 联系 COMSOL 进行软件评估 探索更多食品和制药行业的建模应用 自己尝试：下载此博客文章中介绍的真空干燥教程 查看以下相关博客文章： 通过仿真优化生物制药工艺 借助仿真 App 探索生物传感器设计中的生物学 利用仿真 App 优化食品加工工艺中的感应加热技术 优化椰枣热加工过程中的水化操作
了解齿轮建模的不同因素
要准确模拟一个齿轮并获得有用的结果，重要的是考虑设备设计背后的一些因素以及它们是如何建模的。COMSOL Multiphysics® 软件的一些新特性和功能为您提供了处理此类特性的工具，从而提高了仿真研究的可靠性。今天，我们将回顾齿轮建模的各种元素，并解释如何在我们的建模过程中考虑它们。
麻省理工学院 PSFC 设计了可缓解等离子体破裂的托卡马克装置
若能开发出一种可控核聚变发生装置，则可以为地球提供几乎无限的清洁能源。工程师们从 20 世纪 50 年代便开始了热核聚变的研究，时至今日他们仍在努力将这一目标变成现实。其中一种方法是使用名为托卡马克的磁约束装置。让我们一起了解一下，为何麻省理工学院（MIT）等离子体科学与聚变中心（Plasma Science Fusion Center，简称 PSFC）的工程师们会将目光转向借助仿真来解决托卡马克装置设计中的关键问题：等离子体破裂引起的不稳定性。
如何在 COMSOL Multiphysics® 中模拟大应变粘弹性
粘弹性形变广泛存在于众多的聚合物和生物组织中，即使外部载荷恒定不变，形变也会随着时间逐渐变化。线性粘弹性是一种常用近似，假设应力与应变和应变速率之间满足线性关系。我们通常认为形变的粘性部分具有不可压缩性，因此物质的体积形变近乎纯弹性。除了线性粘弹性之外，COMSOL Multiphysics® 5.2a 还能精确地模拟大应变粘弹性。下文将通过一个生物医学中的应用说明如何使用这种材料模型。