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COMSOL-News-Magazine-2017
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COMSOL-News-Magazine-2016

表面等离子体共振

Sergei Yushanov, Jeffrey S. Crompton, Luke T. Gritter, and Kyle C. Koppenhoefer
AltaSim Technologies
Columbus, OH
USA

表面等离子体共振(SPR)由表面等离子体产生,因为任何两个材料之间存在相干电子振荡,而介电函数的实部会改变整个表面上的信号。SPR 技术是基于入射光透入一个表面上的电磁场分量,也可用于检测表面上的分子吸附。

等离子体激发通常存在两种配置:Kretschmann-Raether 配置(其中一个薄金属膜置于电介质和空气之间,而且入射波来自电介质一侧)和 Otto 配置(其中电介质和金属之间存在气隙)。使用 COMSOL Multiphysics 软件,可以对电磁场上的 SPR 效果进行定义,这样有利于表面污染物和纳米光子器件的测量。

层流静态混合器建模

Nagi Elabbasi, Xiaohu Liu, & Stuart Brown
Veryst Engineering LLC, Needham, MA, USA

Mike Vidal & Matthew Pappalardo
Nordson EFD, East Providence, RI, USA

Veryst Engineering,是一家提供工程设计和产品制造方面咨询服务的公司,通过与领先的精密分配系统制造商之一的 Nordson EFD 合作来优化其静态混合器。

静态混合器对混合层流粘性流体而言是一种廉价而有效的设备,因为静态混合器中分子扩散最小。在静态混合器中,流体必须进行机械混合 ...

蜡烛燃烧的多物理场分析

Luke T. Gritter, Sergei Yushanov, Jeffrey S. Crompton, and Kyle C. Koppenhoefer

AltaSim Technologies, Columbus, Ohio

使用 COMSOL Multiphysics 软件, AltaSim Technologies 能够预测在蜡烛燃烧稳定状态过程中温度分布和燃烧火焰的流动形态。 在燃烧的蜡烛中,火焰的局部温度超过了 1400℃。传热将包括辐射、传导和对流区域,而烛蜡的熔点低会使局部相变在靠近燃烧芯的地方发生,这样热量便可以在火焰燃烧之前通过微管流动进行大规模传输。 模拟上述过程已表明火焰的在容器中的空间位置、容器的几何形状以及蜡烛在容器内的高度都会对温度和流动形态产生极大的影响。

电容耦合等离子体分析

Luke T. Gritter, Sergei Yushanov, Jeffrey S. Crompton, and Kyle C. Koppenhoefer
AltaSim Technologies
Columbus, OH

AltaSim Technologies 主要提供工程咨询服务,其中包括先进的多物理场建模,如电容耦合等离子体(CCP)。等离子体蚀刻和薄膜沉积,这是先进微电子器件制造过程中的关键工艺,通常采用 CCP,其中的等离子体通过两个或多个电极之间的振荡电场触发和维持。

CCP 的分析非常困难,因为要达到周期性稳态,等离子体的动力性能和大量 RF 周期是必需的。通过使用 COMSOL Multiphysics 在麦克斯韦和非麦克斯韦案情况下的轴对称 CCP 反应器中进行低频 RF 放电的一维和二维仿真,AltaSim Technologies 开发了可用于协助 CCP 加工技术的仿真模型。

优化斜线硅基 MEMS 二氧化碳探测器能耗

Serge Gidon

CEA, Leti, Minatec, Grenoble, France

CEA-MINATEC 是由法国政府资助的科研机构 CEA 创立的微纳米技术国际中心。他们当前正在进行的一个项目是开发硅基 MEMS 二氧化碳传感器,其采用光学检测来监控建筑是否充分通风。

为了让传感器正常工作,需要将一根灯丝加热到特定温度,这样使它可以发出大部分接近特定波长的红外辐射。环绕在周围的二氧化碳会大量吸收这种能量,而其余的红外辐射被检测用以进行二氧化碳的计算。这些传感器在非常低的电流下运行,因此它们可以持续相当一段时间,而与常规二氧化碳传感器相比成本较低。

COMSOL Multiphysics 软件可为节能灯丝找到最佳几何,这种灯丝将避开独立式微热板上的热点,同时还减少了能源消耗。将二维模型与 COMSOL 的 ALE(任意拉格朗日 - 欧拉)方法结合使用来探寻优化方法。

全天候太阳能

ENEL, Rome, Italy

意大利公用事业 ENEL 与意大利国家新技术合作开发了一种新型聚光太阳能(CSP),可以在晴朗的时候以及多云条件下或在夜间采用槽式 CSP 发电。这种新型 CSP 发电站主要靠熔盐作为的媒介将热量存储在大型隔热良好罐体中。与以前使用的压力油相比,熔盐更有优势,因为它可以在较高温度下工作,这样便可以最大限度提高能效并可能降低化石燃料的消耗。因为不需要用油 - 盐热交换器,罐体的尺寸是原来的一半,而且它们可以提供 7 小时的热量存储。这种盐也可以进行冷却,然后再次使用,它与已经减少使用的油相比更加高效。

保持盐的液体状态对于 ENEL 来说是一个挑战。他们用 COMSOL Multiphysics 软件及其内置的热传导系数库来分析整个排水电路中的温度和热量损失,这样便可以优化其几何形状和隔热特性。

COMSOL 助力主厨赢得国际竞争

Dagbjorn Skipnes

Nofima Norconserv AS,
Stavanger, Norway

Nofima 是由渔业部控股的研究组,渔业部主要对水产养殖、渔业和食品行业进行研究和开发。在 Nofima 与挪威技术中心的合作中,主厨 Gunnar Hvarnes 通过一场烹饪比赛推广了大比目鱼,并提供了可以确保大比目鱼油炸鱼卷新配方能完美烹制的方法。

通过 COMSOL Mutliphysics 创建模型,定位椭圆形鱼卷中的热点和冷点(与最初的想法不同)。这样,研究团队就能够确定鱼在煎炸油中应该停留的时间,它需要多长时间才能达到中心所需的温度,以及多长时间可以让它冷却。

湖泊水环境修复

Shuya Yoshioka
Ritsumeikan University
Shiga, Japan

人类活动会占用天然水源(如湖泊)中的氧气,而且这种缺氧水通常含有高浓度的有毒物质(如金属和有机材料)。因此,可用作水源的湖泊数量正日益减少,滥用现有资源以及对水处理厂的需求,可能会对化石燃料供电带来负面影响。 将氧气微泡注入水中,会氧化金属并使它们沉淀,然后刺激微生物反应从而分解有机物,通过上述步骤可以对缺氧水进行处理。在测试所需的微泡体积和这些气泡的尺寸时,日本 Ritsumeikan University 团队使用 COMSOL Multiphysics 软件来预测对水体有影响的所有环境现象(风、水流量、温度、化学反应和扩散)。 研究团队测试在 Sounoseki Dam 中引入微泡的最佳深度和位置,现在他们正通过 COMSOL Multiphysics 将此工艺应用到其他研究中。

海底能量收集

Nagi Elabbasi, Brentan Alexander, and Stuart Brown

Veryst Engineering, Needham, MA, USA

Veryst Engineering 负责为能量采集领域中很多行业提供设计方案。他们目前正在研究的一个项目是海底传感器,它主要用于海军应用、环境监测、地震监测和石油勘探,目前这些研究都使用的是电池电源,但由于需要更换电池或为电池充电,费用相对较高。Veryst ...

风力发电机降噪

Xi Engineering Consultants Ltd, Edinburgh, UK

Xi Engineering Consultants Ltd 专门研究复杂的振动问题,例如由风力发电机产生的振动。风力发电机齿轮箱中的轮齿啮合会导致大量振动,而且噪音过大。这就有个问题,因为欧洲和北美有严格的监管标准限制这些结构允许发出的噪音。 研究设计数据使工程师们可以断定齿轮箱是噪音和振动的根源,而且它正被塔的钢结构表面放大。使用该结构的 COMSOL 模型,他们能够定位噪音被放大位置的热点并测试各种解决方案。解决方案是使用一种特定材料来涂覆塔的内部并降低放大效果。由于材料成本高昂,他们使用 COMSOL 来确定使噪音水平低于规定标准所必需的最小材料数量。