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连铸:通过仿真优化设备和工艺 中文

N. Grundy
SMS Concast, Switzerland

连续铸造工艺改进了炼钢生产,在提高钢铁质量和工艺效率的同时,也节省了宝贵的资源。在连铸中,会将精炼之后的熔融钢液送至连铸机。然后使用水冷铜模对钢进行切割和冷却。为了确保铸造出的是高质量钢铁产品,必需最大程度减少钢铁中的非金属杂质,改善微观结构,并通过减少合金元素的偏析使复合材料保持均匀。SMS Concast 是一家专门进行连铸技术研究的公司,总部位于瑞士,他们的工程师使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了在熔融钢液流向模具时出现的流体流动以及冷却过程中的机械变形。通过仿真,他们对无法以其他方式实现的物理场耦合进行了研究,例如最初凝固过程中的传热和由于搅拌设备产生的电磁场。

通过声悬浮技术实现飘浮 中文

K. Suthar, C. Benmore
Argonne, IL, USA

作为治病救人的常规行业,制药公司需要输送高质量药品的系统。有一种用泡沫包裹的换能器,能利用声悬浮器产生声波。并利用来自声波的声力,将化学粒子悬浮于换能器之间,并将它们混合到一个无污染空间中。 阿贡国家实验室的 Kamlesh Suthar 和 Chris Benmore 使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了声悬浮器,目的是找到用以控制换能器之间各个液滴形成方式的最佳几何结构。此外,他们还利用了粘度和表面张力的改变会如何影响液滴形状。通过流固耦合(FSI)的研究,Suthar 对声压级、材料属性及悬浮器几何结构进行了探测。模拟声悬浮器帮助他们完善了自己的设计,实现了对液滴间相互作用方式的进一步控制,这些最终都将有助于推动医药品不断进步以更好的治病救人。

HFIR 的新燃料:ORNL 通过多物理场仿真研究燃料转型的安全性和可靠性 中文

F. Curtis, J.D. Freels
Oak Ridge National Lab, TN, USA

由于人们日益意识到核材料扩散所产生的风险,全球减少核威胁倡议(Global Threat Reduction)呼吁使用高浓缩铀(HEU)的研究型反应堆改用低浓缩铀(LEU)燃料。橡树岭国家实验室(ORNL)的高通量同位素反应堆(HFIR),是使用 HEU 燃料的反应堆。 ...

新型绝热技术为发展中国家运送疫苗 中文

D. Gasperino, O. Yildirim
Intellectual Ventures, WA, USA

医务人员运送疫苗时,疫苗必需在低温条件下储存。这也限制他们无法将疫苗运送到电力不足的地区。Intellectual Ventures 的 Global Good 项目发明了一种类似于保暖瓶的容器,通过冰对其供电,然后便可以使疫苗长时间保持低温。他们采用了 COMSOL Multiphysics 及其传热模块和分子流模块来模拟储存装置并最大限度地提高其冷藏功能,同时最大限度地减少真空空间中的放气。虽然已经能够通过仿真最大程度提高疫苗存放时间,但是他们还是会继续不断改善这个模型。

加倍光束强度为费米国家加速器实验室的研究发现创造了难得的机会

M. A. Hassan, T. Khabiboulline, J. Reid
Fermilab, IL, USA

宇宙中每一个最原始罕见的物理现象发现背后都是一种强大的技术,比如费米实验室现在正在使用的粒子加速器。在过去的 40 多年里,有一种粒子加速器十分特殊,就是增强器,它可以在实验室中为粒子物理实验提供高强度质子束。 目前正全力以为地对增强器的 19 铁氧体调谐高频腔进行翻新、测试并证明其符合要求。上述步骤完成后,高频腔即能以双倍的电流强度产生和保持粒子束。 这个用户故事要说明的是,费米实验室的工程师如何利用实验并结合多物理场仿真对高频腔增强器的 RF 加热和机械性能进行评估。这些研究结果有助于他们估算升级腔的冷却要求,以确保到 2025 年他们能安全可靠地生产出高吞吐量粒子束。

粒子的电磁波散射 中文

S. Yushanov, J. Crompton, and K. C. Koppenhoefer, Altasim Technologies, OH, USA

在电磁波通过物质时,它们会与粒子或杂质相互作用扰动局部电子分布,从而产生电磁辐射和散射。有一个用以描述电磁波散射的数学模型,称为米氏散射,它可以对与粒子大小无关的一般散射情况提供通用解决方案。米氏散射的应用实例包括大气中的尘埃粒子、水中的油滴以及用于测量生物系统中的细胞核。 为了模拟米氏散射,需要使用麦克斯韦方程组表示入射场、散射场和内部场,这些在解析法求解中,是以无穷级数的形式表示以上几个参数。AltaSim Technologies 利用 COMSOL Multiphysics 软件开发了仿真模型,可以轻松地获得电磁能量吸收、散射和消光的速率以及辐射力。他们使用完美匹配层(PML)、远场计算,以及表面边界条件来计算散射能量。他们设计的计算模型可以帮助研究人员可视化粒子对于入射电磁波的影响,以便能更好地了解它们之间的相互作用。

通过优化的感应加热技术改进制造工艺

I. Jain,
Tata Steel, India

感应加热已成为供钢铁行业用来制造各种金属制品的的宝贵工具。这种工艺与传统生产工艺相比,可以提供更精确的加热控制,使用较少的能源,以及提供更好的质量保证并具有更高可靠性。 Tata Steel,全球钢铁十强企业之一,他们使用多物理场仿真分析电磁、热以及制造多种类型电缆、电线和绳索生产过程中产生的冶金现象。Tata Steel 的研究设计工程师 Ishant Jain 正使用 COMSOL Multiphysics 模拟钢丝索生产期间进行的加热工艺,以确定目前该企业使用的运行参数是否优化使其能以峰值效率来执行。最终,此模型将有助于优化制造工艺,适用于各种不同的产品类型,这样即可实现特定应用所需的机械特性。

优化内置式轮胎压力监测传感器 中文

C. Evans, Schrader Electronics, Ireland

内置式轮胎压力传感器需要能够承受车辆行驶期间造成的磨损。因此需要对传感器的灵敏度和耐用性同时进行优化。 Schrader Electronics 制作了一个可以在行驶的轮胎中持续准确工作的传感器。他们使用了 COMSOL Multiphysics 软件的结构力学模块和 CAD 导入模块来优化自己的设计。仿真帮助 Schrader 设计出了能够更好地承受离心力、温度变化及很多其他因素影响的传感器。

模拟帮助提高聚四氟乙烯生产的安全性

Martin Beckmann-Kluge & Fabio Ferrero

BAM German Federal Institute for Materials Research & Testing, Berlin, Germany

位于柏林的 BAM 德国联邦材料研究与测试研究所,通过提供与材料技术和化学工程相关的研究和咨询来推动产业发展。他们最近一直在分析一种工艺,通过这种工艺可以将高度易燃 TFE 气体转化为 PTFE(聚四氟乙烯)固体或俗称特氟纶的非粘涂层。 PlasticsEurope 与 BAM 德国联邦材料研究与测试研究所取得了联系,主要目的是创建 TFE 自热数学模型来确定分解的最高燃烧温度(MITD)。 使用 COMSOL Multiphysics 软件,他们能够在被加热的气相中发现六个反应器,这些对于制作准确模型来说非常必要。在 COMSOL Multiphysics 软件中使用了三个物理接口:非等温流接口、对流和传导接口以及对流和扩散接口。现在企业可以通过该模型判断对于一个给定的反应器来说某个特定的压力/温度设定是否安全,然后根据自己的工艺进行调整。 Teflon 是杜邦公司的注册商标。

极端环境下电子的创新封装设计

Brice McPherson
APEI, AR, USA

电力电子技术出现在许多日常产品中,其中包括智能手机、汽车电子零部件和家用物品。此类装置都需要对温度范围、切换频率和电压等级加以控制才能顺利可靠地运作。对于恶劣环境,例如挖掘石油的地下深处,需要开发不受元素损害并且不会因为温度或压力极端变化而出现故障的电子系统,而且这种需求日益增长。 Arkansas ...