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COMSOL-News-Magazine-2017
COMSOL-News-Magazine-2017-Special-edition-acoustics
Multiphysics Simulation 2017 China

静音气冷:一种全新的热管理方式 中文

Nels Jewell-Larsen,
Tessera Technologies, CA, USA

迄今为止,电子装置散热都必须通过旋转风扇实现。Tessera 是一家为次时代电子装置提供创新小型化技术和产品的公司,开发了一种可以替代旋转风扇的冷却技术,它能够满足苛刻的空间和噪声限制。他们设计了静音气冷系统,即利用电场对氮分子进行充电并将它们推入环境空气中,最终获得可以冷却装置的气流。 为了创建自己的模型,Tessera 公司转为使用 COMSOL 的 CFD 模块和 AC/DC 模块进行仿真。他们的仿真需要考虑静电、电荷生成与传递、流体动力学和传热,并同时模拟所有这些现象。他们在 COMSOL Multiphysics 软件中设计了风箱的关键环节之后,将它导入到 CAD 软件中来设计系统的其余部分。最终设计出了一个可靠、紧凑的单元,工作时的噪声小于15dBA,低于听觉的平均阈值。

在无法实际测量时,多物理场仿真提供了答案 中文

Simon Chiartano,
Terres Réfractaires du Boulonnais (TRB), France

在金属铸造工厂,为了遏制金属飞溅并提供相关保护措施,需要为高炉出液沟准备一个由铸铁和混凝土制成的沟盖。Terres Réfractaires Du Boulonnais 是法国的一家制造公司,拥有数以百计的高炉,但其有效寿命使用时间都较短,因此工程师需要在保持整体安全性的同时,将带沟盖的出液沟设计得尽可能简练。在金属生产工艺中,熔融金属可达到近 1500℃,因此无法进行温度测量,而在这这样的温度下控制工艺也是不可行的。 TRB 转为使用 COMSOL Multiphysics 软件和传热模块进行仿真,从而确定出液沟内的温度。仿真结果给工程师们带来了很大的启示,使他们能够创造出重量更轻、制造更容易且操作更安全的新型出液沟。

温度计校准的不确定因素研究 中文

Jonathan Pearce
National Physical Laboratory
UK

温度计具有广泛的应用,与所有测量仪器一样,它们必须进行校准。很多温度计都是根据 1990 年国际温标(ITS-90)进行校准,即一个铂电阻温度计用一个固定点单元校准,这个固定点单元包含一个可以在其中心插入温度计的容器。容器里装的是纯度为 99.9999% 的材料。中心孔用于插入温度计,从而使其底部的传感元件完全浸入固定点金属中。然后将该容器放入炉内,以使金属受控熔化和凝结。 为了更好地理解相变过程的微观行为,国家物理实验室的研究人员转为使用仿真。通过仿真,可以确定系统中难以通过实验观察,但却在测量中对整体不确定性产生影响的特定行为。这表明,液固界面不是平面,而且波纹变得明显,会开始向外突出变为小胞。这些细胞顶端的温度明显低于根部的温度。通过仿真获得的信息可以进行精确的仪器重新设计,最终提高测量精度

声纳导流罩振动分析 中文

Francesca Magionesi
INSEAN
Italy

近年来,出现了在船上利用球鼻船首来容纳不同类型声纳系统的设计,但对于结构振动对此类声纳导流罩内换能器系列运转的干扰程度还存在疑问。INSEAN 是意大利造船学研究与实验国家研究所,他们需要使用一种方法来模拟湍流边界层与球鼻船首进行相互作用时发生的情况,目的是确定这样会产生多少自噪声。 他们首先创建了一个小比例模型来捕捉湍流边界层激振,这为他们提供了全比例流体负载表达式。然后他们在 COMSOL Multiphysics 中创建了一个等比例模型,并考虑用于球鼻船首的复合材料的复杂性以及湍流边界层负载。LiveLink™ for Pro/ENGINEER® 使团队能够将球鼻船首不同部分的 CAD 数据导入 COMSOL Multiphysics 。

高精度锂电池仿真 中文

Mikael Cugnet
French Atomic and Alternative Energy Commission

电池管理系统 (BMS) 旨在保护电池,预测其电量级别。这些 BMS 使用通常由电化学阻抗谱(EIS)测量得到的电路模型,可以构造一个等效电路模型(ECM),其中由串并联电阻器和电容器构成。然而,ECM 无法提供任何关于重要电池属性(电极活性材料电阻、反应速率,特定电容或扩散系数等)的信息。 ...

多物理场仿真帮助追踪地下流体运动 中文

A. Haas, H. Mahardika, M. Karaoulis, and A. Revil
Colorado School of Mines, USA

利用声学与电磁分析相结合,可以帮助科学家更有效地勘测地下区域。虽然声波传播距离较长,但它们在提供关于底层属性的详细信息方面却存在很大制约,并且不能用于识别内部液体的流用。电磁波的传播距离不如声波,但可以识别并追踪孔隙水。结合这些方法会使这个过程变得更容易,尤其是对于那些追踪地下流体运动的科学家而言。 科罗拉多矿业学院创建了可以定位压裂流体的系统,具体方法是基于水经过的地层类型所产生的地下电磁干扰来作出有用的判断。他们希望在仿真的帮助下模拟压裂事件,生成合成地震图与电图。通过将 COMSOL Multiphysics 与 MATLAB® 结合使用,他们设计了一个实验,即通过在高压下泵入盐水来使多孔水泥块中重复地发生水力断裂。

血糖试纸电化学过程建模 中文

Stephen Mackintosh
Lifescan Scotland
UK

Lifescan Scotland 是一家医疗仪器公司,主要为全球市场设计和制造血糖监测工具包。这其中包括通过专门的监测系统和试纸包自我监测血糖水平,其试纸包含一个塑料衬底、两个碳基电极、一个薄的干试剂层和一个放置血液的毛细管区域。 Lifescan Scotland 下一步的目标是通过利用功能强大的多物理场仿真开发出能够更快产生结果的试纸,以降低生产成本和提高精度,从而满足越来越高的市场要求。为了模拟现实情景,他们考虑了在仿真中使用以下物理场:扩散系数非恒定的扩散、Michaelis-Menten 反应动力学,电流,Butler-Volmer 表达式、温度和可变边界条件。COMSOL Multiphysics 能够帮助研究人员开发强大的工作模型,这些模型在仪器化学方面实现了成本的高效优化,而且可以快速进行原型设计。

多物理场仿真帮助 Miele 优化电磁炉设计 中文

Christian Schröder
mieletec FH Bielefeld
Germany

Holger Ernst
Miele
Germany

设计电磁炉的目的是为了满足客户需求,让它具有比传统炉灶更好的精度和速度。设计师的任务是提高感应线圈与炉具相互作用的能效,并同时考虑系统的热和电磁。 Miele 是家用电器和商用机器领域全球领先企业,他们与 mieletec FH Bielefeld 的研究人员合作,使用仿真来改进 ...

直微流道和弯微流道中的惯性聚集建模 中文

J. Martel and M. Toner
Biomems Resource Center
Massachusetts General Hospital
USA

N. Elabbasi, D. Quinn, and J. Bergstrom
Veryst Engineering
USA

在许多医疗操作和测试中,分离出我们关注的细胞做进一步分析是非常必要的。微流控彻底改变了进行这些测试的方式,比如能够通过血样检测癌症。 在最有前景的分离并浓缩细胞的微流控技术中,有一种称为惯性聚焦的技术。粒子在弯流道流动中的平衡位置是一些参数和力的函数;通过实验难以研究所有可能的序列。 马萨诸塞综合医院 Biomems 资源中心的研究人员已模拟上述过程并确定了最佳设计方案。他们创建的 CFD 模型考虑了流道尺寸、粒子大小、雷诺粒子数,雷诺流道数和迪安数等因素。标准的粒子追踪方法并不适用于预测惯性聚焦,常微分方程 (ODE) 便使用了以线速度和角速度的方式指定粒子的平衡的。仿真结果与实验测量结果吻合,这些结果显示了平衡位置与流道曲率的相关性。

以磁体改进高能激光束焊接的质量 中文

M. Bachmann, V. Avilov, A. Gumenyuk, and M. Rethmeier
BAM Federal Institute For Materials Research and Testing
Germany

高能激光束焊接使用局部热源来获得深而窄的焊缝和较高的焊接速率。但工程师会遇到一些问题,因为使用局部热源通常会导致金属构件变形;焊接熔池中熔滴的飞溅和喷射,会导致凹陷、咬边、弧坑、气孔或开裂。 对激光焊接工艺施加静磁场,可以改进其质量,并减少诸如飞溅这类的影响。德国 BAM 联邦材料研究与测试研究所正在使用 COMSOL Multiphysics 软件努力提升高能激光束焊接的质量。为了模拟高能激光束焊接模型,需要在传热、流体力学和电磁场下进行耦合求解。这使得 BAM 可以通过涵盖了马拉哥尼效应,重力、熔化的潜热和洛伦兹力的模型来精确地模拟焊接工艺