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

惠而浦公司利用仿真改进热量和能量利用效率

N. Garcia-Polanco
Whirlpool Corporation, Italy

在惠而浦公司与欧洲创始 GREENKITCHEN 项目合作进行的研究中,工程师们就是用仿真来提高家用烤箱的能效的。由于烤箱消耗的总能量中只有百分之十到十二真正用来加热食物,所以研究人员需要进行很多研究工作。通过使用 COMSOL Multiphysics® 软件和传热模块,工程师们创建了惠而浦的模型来研究热传热递过程中的传导、对流和辐射。最终得到的这个模型可以模拟欧盟关于能量消耗的标准测试(称为“砖块测试”),同时可以分析能量温度分布图以及在不同的加热循环过程中的水分浓度。这项研究的结果将有助于惠而浦和 GREENKITCHEN 采取进一步举措来减少欧洲国家能源消耗和改进能源利用效率。

仿真实现了新一代的电力变压器和并联电抗器

L. Jovelli
Siemens, Brazil

从发电到将电分配到最终用户,整个输电网路中都会使用电力变压器和并联电抗器来进行电压转换及无功功率吸收。在位于 Jundiai, São Paulo 的西门子巴西分公司,设计师们使用多物理场仿真来验证网路集成变压器和并联电抗器能在不产生过热的情况下处理不断增长的电力需求,确保他们可以安全地进行操作。他们已经在变压器和并联电抗器设计中使用了仿真,这样可以有效减少热点,同时仿真还可以优化变压器油的流通从而进行更好的冷却。他们的工作包括创建一个油浸式电力变压器的多物理场模型以研究热工水力性能。这是西门子或其他任何地方的首个 3D 变压器模型。随着仿真准确性一步步得到验证,这些仿真结果不仅可以防止设计的失败,而且也可以用于优化材料和所需制冷配件的数量,有助于降低开发成本。

优化血液分析方法:物理原型失败时,仿真提供了答案 中文

D. Isèbe
HORIBA Medical, France

血液学分析,即确定各种血液参数的血样分析,是对血液疾病进行诊断和作出治疗决策的关键要素。准确的血液学分析需要计数并分类样本中的不同细胞来测量它们的大小和分布。HORIBA Medical,是一家提供医疗诊断设备的公司,主要使用 COMSOL Multiphysics 软件来优化其血液学装置的设计。他们的一个装置采用了微孔电极系统,血液从其中流过,微孔电极系统中的一对电极之间的电阻抗和电压差用于计算粒子数量。实验原型难以进行测量,所以 HORIBA 的研究人员依靠 COMSOL Multiphysics 软件来模拟系统内的物理过程。他们考虑了通过微孔的压降,高速流体速度,传热和电场。通过使用仿真,他们确定了流体聚焦是改进阻抗测量和进一步提高装置精度的有效方法,并已将该技术应用于 HORIBA 一个最先进的血液分析仪中。

通过多物理场仿真开发微型机器人驱动技术 中文

P. Lazarou, C. Rotinat
CEA LIST, France

微创手术机器人器械依赖于微型灵巧的工具及其可靠的驱动性。但大多数机器人手术器械都体积庞大,价格昂贵并且外科医生操作起来费时费力。法国原子能与可替代能源委员会(CEA LIST)的研究人员正在研究微型相变驱动器,它将会减轻外科医生在漫长手术过程中所承受的痛苦。Christine Rotinat 和 Panagiotis Lazarou 已经使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了微型相变驱动器,它可以提供高负荷及对病人和外科医生来说都安全的位移范围。他们的设计是基于 Goldschmidbӧing 等人的设计进行的,并依赖于导电石蜡复合体的体积膨胀的特性。他们用自己创建的耦合物理场仿真(其中包括非线性的导电率,不断变化的粘度,密度及特定的比热容)优化设计得到最佳的驱动和电力消耗。最终,他们的微型驱动器将会集成到供手术室内用机器人外科手术工具中。

通过仿真满足高速通讯能源要求

S. Lei, R. Enright, R. Frizzell, D. Hernon
Bell Labs, Ireland

信息通讯技术行业需要新的高能效设备,这样才能赶上过去几年数据流量的爆炸式增长趋势。贝尔实验室,作为阿尔卡特朗讯的研究机构,正率先采取一项举措,通过引入新的方法来进行电子冷却和能量采集,从而减少高速通讯设备和平台的碳足迹。 贝尔实验室的研究团队利用 COMSOL Multiphysics 软件,模拟了装有集成式微热电冷却器的激光系统的光学、热学和电性能;他们通过仿真结果来优化光子设备的设计,并充分利用了热电效应原理。此外,他们还模拟了机电系统的结构、磁学和电学性能来研究将机械振动转化为电能的最佳设计,这样将有效降低频繁更换电池的需求。随着研究的进一步深入,同时也借助仿真的力量,很多提高能效的新技术开始崭露头角。

仿真软件为电缆行业带来巨大变化

M. Bechis
Prysmian, Italy

设计和测试应用于陆地和海底的高压电缆,是 Prysmian 最重要的商业模式。设计电力传输系统的一个根本挑战就是优化电缆,这样它们才能在保持(最好是低于)最大允许工作温度的同时安全可靠地提供所要的稳态电流。 将多物理场仿真与研发流程相结合,这样 Prysmian 工程师可以在构建原型之前对电缆进行设计和测试,同时还可以考虑不利的热环境,而这在实际实验中却难于控制。具有瞬态分析功能的多物理场模型可以评估参数化电缆结构的热性能,同时还结合很多因素,诸如太阳能照射的日变量,甚至是用变化的电流负载,取代通常的恒定电流条件。Prysmian 的扩展仿真功能已经使电缆设计流程得以改进,可以为客户及同行们提供更好的服务。

开关翻转之间实现细胞构图的生物工程应用 中文

G. Zhang
Clemson U, SC, USA
J. Brcka, J. Faguet, E. Lee
Tokyo Electron, TX, USA

介电泳(DEP)是一种在医疗、电子和能源中用来图形化细胞和粒子的方法。对悬浮在介质中的一组细胞或介电粒子施加电场,使它们发生极化,继而粒子产生运动进行重组。这是以纳米为单位逐层进行材料组装的有效方法,有时也可用于工业规模的批量生产。在克莱姆斯大学和 Tokyo Electron U.S. Holdings, Inc. 的合作中,研究人员一直在分析细胞图形化过程中观察到的非预期粒子旋转和对齐行为。他们使用 COMSOL Multiphysics 模型来了解细胞图形化和材料组装;他们的仿真考虑到细胞的非均质属性和电场畸变,这些分析是为了预测 DEP 力对细胞图形化和材料组装的影响。

深入了解用于产生声流效应的压电材料 中文

G. Potter
SUNY Albany, NY, USA

微流控器件是许多传感器的关键,例如流量传感器以及用于医学诊断的传感器。但由于其尺寸很小,使得流体的混合与抽取变得极具挑战性。作为传统驱动方法的替代方法,表面声波(SAW)可用来产生流体流动。在 SUNY Albany 和 SEMATECH 合作中,研究人员创建了模型并模拟了集成叉指换能器(IDT)结构,以及压电基片结构和 SAM 产生的谐波振动。他们使用 COMSOL Multiphysics 软件对影响器件几何优化的因素进行了研究,比如声流响应和谐振频率。他们通过仿真结果,证实了 SAW 的垂直位移越大对应的流动速度越高,而且他们的仿真结果与实验测量相吻合。

加强输电线路的性能:采用仿真优化设计

J. Leman
POWER Engineers, MA, USA

环境条件和硬件负载以及性能测试所致的机械应力,当然,还有电学性能。输电线路硬件包含绝缘和导电组件。电晕放电是一种常见的电现象,一般发生在邻近的绝缘组件和高电压导体的表面电场引起周围空气分子电离时。这会导致电磁干扰,可见光,能量损失以及可听见的噪声。在一个研究如何减少输电线路的电晕放电的项目中,咨询公司 POWER Engineers, Inc. 的高级项目工程师 Jon Leman 使用了 COMSOL Multiphysics 软件来模拟绝缘装配体。他的研究团队使用自己的仿真来确定传输线路硬件的不同表面周围的电场强度和电势。他们使用研究出的结果来预测哪些区域最容易受到电晕放电,并得到一些宝贵经验:如何改良绝缘体组件来获得更好的性能。

模拟复合物理场加速芯片开发

P. Woytowitz
Lam Research Corporation, CA, USA

随着计算机技术的飞速发展,需要更强大的计算机芯片才能满足行业迅猛发展的高要求。Lam Research Corporation 主要制造半导体装置和设备,在半导体加工工艺中使用它们来沉积,蚀刻并清洁摆放在晶圆上的材料层。使用与化学气相沉积(CVD)一样精确的工艺后,温度波动和热循环会导致制造工艺的核心环节(沉积、选择性去除及构图)出现问题。 Lam 工程部总监 Peter Woytowitz,已利用 COMSOL Multiphysics 了解了制造过程中问题产生原由,以及晶圆变形与叠加错误和偏差之间的关联方式。他的研究团队不仅设计了一种可以使温度更均匀的加热系统,还在用于创建高纵横比功能的临时结构中模拟了屈曲。他们通过仿真结果能够成功优化工具的性能,使晶圆移位程度与叠加错误精确匹配,然后准确地预测屈曲。