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COMSOL-News-Magazine-2017
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Multiphysics Simulation 2017 China

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。

简易精确的血粘度测量法

Microvisk Technologies, North Wales, UK

Microvisk Technologies 主要开发并制造用于测量血液粘度的装置,其中借助了微机电系统(MEMS)的功能和由显微技术的新型研究而产生的最新技术。 市场上较老式的便携式装置都是通过诱发化学反应来工作,此反应由涂覆复合物的电极而获得。在圆片规模上将 Microvisk 生产的基于 MEMS 的微悬臂梁器件,在生产的过程中一直使用晶圆级的扁平结构。这个高度灵活且可变形的微悬臂由 CMOS(互补金属氧化物半导体)输入信号进行控制,并形成 Microvisk 独特流体微探针的基础,微探针可用于判断微小样品的流变特性。 研究人员使用COMSOL Multiphysics 软件可以分析微芯片的机械、热及静电方面的性能。他们可以研究每个单独的材料以及所有缠结在一起并与流体起反应的材料。Microvisk利用这些信息够优化其技术设计,这种技术将针对简单便携式装置提供可靠的测试方法。

模拟的燃烧需求

Gianluca Argentini
Riello Burners
Legnago, Italy

Riello Burners 负责制造高能效且很少需要维护的燃烧器,主要在住宅和商业加热应用以及工业工艺中使用。适宜的通风对燃烧器而言至关重要,因为它会持续使适量空气流入火焰的外焰。 为燃烧器设计这样的鼓风机时,必须要使可获得静压和空气流高值的配置与保持高机械效能的配置之间达到平衡,这意味着它需要较少的电力便能运行。 使用 COMSOL Multiphysics 软件, Riello Burners 可以针对他们的新设计建模并在测试样机之前模拟鼓风机的气流。这样做可以成功缩短测试大量几何的测试阶段所需的时间,将缩短为一个月(与一年相比)。未来,他们希望利用 COMSOL 进行优化设计,最大限度地减少能量损耗、噪音和振动。

岩石特性的分析与仿真

VSG, Burlington, MA, USA

VSG 为多个行业提供高性能的三维可视化工具包和软件,包括材料科学和地球科学。他们的技术应用之一是研究美国石油和天然气储量问题。由于难以靠近这些现场,迫使行业转为使用压力将流体注入岩矿床的技术。这种技术需要了解油田现场泥页岩地层的结构,并以实现预测流体穿透岩石的能力为前提。 聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)系统提供了页岩样品纳米结构信息。这样便可以使用 VSG 的 Avizo 三维分析软件构建一个可以表现细孔分布的数字化三维模型,而 COMSOL Multiphysics 软件可以在检测出的细孔网络上进行流动仿真并确定表面的渗透性。 在此过程中进行的计算和仿真能使现场得以全面可视化,并能够解决无法在物理实验室进行测量的问题。

水净化的数值模拟

荷兰阿姆斯特丹水处理厂(AWS)应用环保的臭氧消毒方法生产世界上最洁净的水。由于每年需要生产十亿立方米的净水,所以他们使用的湍流消毒装置十分巨大。荷兰AWS的研究人员 JanHofman和他的研究团队使用 COMSOL Multiphysics 对这些巨大的装置内部的反应情况进行数值模拟。

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