COMSOL Conference 2024 Proceedings
Vom Program Committee akzeptierte Sammlung von Beiträgen, Postern und Präsentationen
Auf der COMSOL Conference 2024 stellten Ingenieure, Forscher und Wissenschaftler aus aller Welt ihre Nutzung von Modellierung und Simulation in allen wichtigen Branchen und im akademischen Bereich vor. Verwenden Sie die Schnellsuche, um eine bestimmte Präsentation zu finden, oder filtern Sie nach Thema oder Veranstaltungsort. ISBN: 978-1-7364524-2-4
本研究基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台，利用等离子体模块构建了等尺寸二维自洽流体模型，结合实验深入探究了辅助脉冲电压（APV）对大气压等离子体射流（APPJ）中电离波传播动力学特性的调控机理。仿真工作复现并深入了先前实验研究的关键发现，模型模拟了在辅助电极（AE）上施加不同幅值的APV时，电离波传播路径上的电势分布、电子/离子密度、电场强度及电子温度的时空演化过程。计算结果表明，电离波的产生影响了管外电势的产生与再分布，同时外加APV通过显著改变电离波前端的电势分布，从而有效调控其传播行为。模型与实验证明 ... Mehr lesen
锂离子电池在便携式电子设备领域占据主导地位，并显著推动了电动汽车的商业化进程。当前全球研发重点集中于开发具有高能量密度、快速充放电能力、高功率输出、低成本及高安全性的电池系统。在材料选择中，机械强度的耐久性与长周期循环的结构完整性成为关键评价指标。锂离子电池内部存在显著的电化学-力学耦合行为，表现为大变形、塑性流动、裂纹扩展与疲劳等现象，进而引起电极剥离、孔隙闭合以及副反应加速等多种失效模式。其中，正极颗粒的破裂等力学-电化学退化机制是限制锂离子电池性能的主要因素之一，因此深入研究正极材料在多场耦合条件下的响应机制，对实现下一代高能量密度电池至关重要。 钴酸锂 ... Mehr lesen
随着目前储能系统市场需求，电芯容量尺寸大型化已成趋势，与此同时研究电池内部热失控特征十分重要。在本研究中，通过COMSOL固体传热模块，建立细化的热失控单体模型来研究电池内部热失控特征，并且提出了触发能量作为不同热滥用工况下评价锂离子电池热安全性的重要指标，随后基于建立并验证的模型研究电池设计参数电池厚度以及卷芯数对热失控行为的影响。在COMSOL几何中，详细构建电芯铝制外壳及内部空气域，很好的验证了由于空气热扩散系数小于电池材料而导致的传热速度不一致现象。仿真的结果表明双卷芯的大容量电池热失控内部传递过程可分为四个特征阶段 ... Mehr lesen
本研究围绕锌溴液流电池的性能分析，利用 COMSOL Multiphysics 建立了电化学过程的多物理场模型。该模型结合了电极反应与离子迁移等关键环节，用于描述电池在充放电过程中的特性变化。通过仿真获得了电压、电流及浓度随时间的演化规律，并比较了不同运行条件下的性能差异。结果显示，模型能够合理反映电池的主要工作机制，为进一步的结构设计与参数优化提供了参考依据。 Mehr lesen
为满足电动汽车对长续航和快充电的需求，提升锂离子电池的能量密度和快充性能至关重要。锂离子电池在快速充放电过程中的电极结构退化问题已成为制约其性能提升的关键瓶颈。尤其在高倍率循环条件下，电极活性颗粒内部会因锂离子浓度梯度和相变引发的非均匀体积膨胀而产生显著的机械应力，进而导致微裂纹的萌生与扩展。本研究建立了耦合锂离子扩散、相变、应力演化及断裂过程的COMSOL模型，系统研究了单晶电极颗粒、二级电极颗粒和厚电极的断裂行为。在单晶颗粒尺度，建立了耦合锂扩散、相变、应力与断裂的相场模型。研究发现脱锂路径具有取向依赖性，导致非均匀相变与晶格失配应力 ... Mehr lesen
本研究针对浸没式电池热管理系统在静置工况下的自然对流特性展开探讨。采用新型低黏度油液作为浸没介质，设计了典型的电池热管理单元和模组。基于电池产热模型，利用COMSOL Multiphysics建立了三维数值模型，耦合求解传热与流体流动方程，并结合Boussinesq假设描述自然对流效应。通过实验对比电池在空气及油液中的放电温升，验证了模型可靠性，仿真与实测结果差异小于1.5 ℃。结果表明，随着浸没液厚度增加，自然对流逐渐增强，液体最大流速超过2.5 mm/s。液层厚度为10 mm 时，电池平均温度下降1.4 ℃，但温差由1.27 ℃增至 3.14 ℃ ... Mehr lesen
针对非均质油藏水驱开发中的“高渗层早水淹、低渗层动用差”的问题。借助 “室内实验 + 数值模拟” 的联合研究方法，构建不同渗透率级差的并联填砂管模型，开展并联组合模型水驱油实验，获取水驱过程中的入口压力变化，流量分配规律以及含水率动态变化等数据。基于 COMSOL 软件构建多孔介质渗流模型，设置三组渗透率比值为2倍，3倍，5倍实验对照组，将入口并联，采用定压和定速两种工作模式，测定各渗透率级差分组对应的水相渗流分配情况，进一步扩展模拟分析渗透率差异、注入参数等关键因素对水驱开发效率的影响机制。数值模拟结果表明，渗透率级差越大，高渗通道的水相流量占比越高、优势渗流越明显 ... Mehr lesen
对液流电池双极板流场结构进行优化，是提升电池电化学性能、降低泵功率损耗，并进一步改善系统工作稳定性与循环寿命的关键路径之一。本文聚焦于半电池构型，采用拓扑优化方法开展新型流场结构的设计研究。图1展示了DES基钒铁液流电池半电池模型，该模型包含多孔电极区域、入口域与出口域，其中多孔电极被设定为拓扑优化的设计域。在COMSOL Multiphysics® 中建立了相应的拓扑优化数学模型，采用立方体网格进行离散化处理。基于变密度法构建拓扑优化数值模型，初始化设计变量?，并明确目标函数与约束条件。通过有限元法求解控制方程，结合伴随法进行灵敏度分析，并采用移动渐近线法（MMA ... Mehr lesen
太阳能被视为本世纪中叶能源结构的核心，其潜力巨大，仅需数分钟照射地球的能量即可满足全球一年的需求[1-3]。目前，太阳能发电主要依赖光伏技术，但其输出易受环境因素制约，稳定性不足。温差发电技术作为一种补充方案，因其无运动部件、寿命长、维护需求低及可在微小温差下运行等优势而受到关注[4]。然而，受环境与系统损耗影响，其实际发电效率远低于理论最大值[5]，如何提升其性能成为关键问题。 温差发电模块的性能强烈依赖于冷端的散热效率。本研究聚焦于温差发电系统的冷端，旨在通过对液冷板的传热流道进行拓扑优化，以提升其散热性能，进而增强发电模块的整体效能 ... Mehr lesen
在电子设备向高集成度、高功率密度发展的趋势下，散热问题已成为制约设备性能、可靠性与寿命的核心因素。音响产品的功率较大，其散热受限于体积小、空间密闭，与外界换热速率低，且设计需考虑振音、防水、表面温度限制、成本、交付周期等难点，故本研究综合考虑以上因素主要通过板级及系统的均衡设计，运用仿真技术，对产品的散热进行优化。 板级散热的核心目标是减少元器件到 PCB 及散热结构的热阻，避免局部热量积聚，将热量高效传导至系统级散热结构（如散热器、外壳）。其优化方法围绕 PCB 设计、元器件布局与封装、热界面材料（TIM）三大核心展开。 系统级散热关注 “热量从 PCB 到外部环境” ... Mehr lesen