基于Comsol软件的电磁兼容课程案例式教学设计

该文介绍基于Comsol软件的电磁兼容课程案例式教学方法。通过案例教学和仿真,学生将理论知识应用于实际问题,深入理解电磁兼容的概念和原理。通过仿真案例的可视化结果,学生直观地理解电磁辐射和传导,观察不同参数对电磁兼容性的影响。结果表明,仿真案例具有直观性和可视化等优势,同时又有简化模型、缺乏实际操作经验和对计算机的依赖等局限性。在设计仿真案例时,要充分发挥其优势,规避不足,为学生的学习提供实践性、直观性和灵活性,培养学生的工程设计与研发能力。

基于COMSOL的电磁发射一体化弹丸动力学分析

为了实现高效、精确的电磁发射一体化弹丸效果,深入理解一体化弹丸在电磁场中的动态响应和运动特性,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对电磁发射一体化弹丸的动力学行为进行了系统的研究。建立了有限元模型,对弹丸在电磁场中的受力情况进行了描述和分析;利用COMSOL软件进行仿真,得到了弹丸在电磁发射过程中的速度和位置等关键参数;并得到相关的磁场特性。通过对仿真结果进行分析,深入了解弹丸在电磁场中的运动轨迹和磁场特性,进一步揭示其运动特性和响应机制,为电磁发射技术的进一步发展提供重要的参考和指导。

基于COMSOL的剪切速率对超声波流量测量影响分析

为了分析影响超声波流量测量结果的因素,提高超声波流量测量的准确性,需要研究聚合物溶液剪切速率对于流体流态和超声波流量计接收声压的影响,利用多物理场有限元软件COMSOL建立超声波流量计三维模型进行仿真,通过流体域的背景流速曲线和超声波接收器波形图来分析剪切速率的影响。结果表明,在其他条件不变的情况下,随着剪切速率的增大流体流态趋向于湍流,超声波流量计接收器声压最大值与最小值相差1%,其对超声波流量计测量结果影响较小可忽略。

基于COMSOL的非饱和土中单桩垂直动力特性研究

浅层地表存在大量的非饱和土,其动力特性与饱和介质或单相介质相比存在明显的差异,而这部分非饱和土常常是与单桩接触的主要材料,对单桩的动力行为影响显著。该文考虑动力受荷单桩周边土体的非饱和特性,基于非饱和多孔弹性介质的波动方程、单桩运动方程与边界条件,利用多物理仿真软件COMSOL中的偏微分方程模块构建了非饱和土与单桩动力相互作用的数学模型,并考虑土的成层性、横观各向同性和纵向非均质性。在与现有文献对比验证COMSOL模型正确性后,设计多组数值算例,讨论土体饱和度、地层非均质性等因素对单桩垂直动力阻抗的影响。

基于COMSOL软件的直角弯管声波传播特性规律研究

基于声波传播理论,建立并推导了声波在弯管处的Helmholtz方程。采用COMSOL Multophysics软件的压力声学模块,对不同弯曲半径的直角弯管进行频域分析,研究了不同弯曲半径弯管内声波传播特性规律。研究结果显示,弯曲半径对弯管内声波散射系数和传输损耗具有显著影响,弯曲半径较大的弯管曲率较小,弯管内声波散射效应较弱,传输损耗较小,声压级较高;弯曲半径较小的弯管曲率较大,弯管内声波散射效应较强,传输损耗较大,声压级较低。低频段内,声波波长大于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较小;高频段内,声波波长接近或小于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较大。

间歇和连续喷灌下土壤水分运动特征COMSOL数值模拟与验证

为探明间歇喷灌和连续喷灌条件下的土壤水分运动规律,建立喷灌随时间变化的非均匀灌水边界下的土壤水分二维运动模型,借助COMSOL数值模拟软件,实现模型的求解,并通过土箱试验对模型进行验证,分析不同喷灌模式下土壤水分运动特征,评估喷灌均匀性和喷灌模式对土壤含水率均匀性的影响。结果表明,土壤含水率和土壤湿润峰模拟值与实测值之间的一致性较好。喷灌模式对土壤水分运动过程和含水率均匀度影响不大。随着间歇次数和间歇时长的增加,喷灌结束时表层土壤含水率减小、水分入渗深度增加。喷灌条件下,土壤含水率均匀度高于地表测得的喷灌均匀度。当喷灌均匀度为39.77%~80.15%时,土壤含水率均匀度为88.57%~94.47%。当喷灌均匀度较低、点喷灌强度较高、总灌水量较大时,采用间歇喷灌、增加间隙次数和总间歇时长,可以一定程度降低地表径流和深层渗漏风险、改善土壤含水率均匀性。研究可为喷灌系统设计均匀度合理取值和高效运行提供理论基础。

COMSOL Multiphysics在锂离子电池中的应用

作为一种具有前景的能量存储系统,锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性,以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战,这些挑战包括电解液的导电性和安全性、高能量负极的沉积-剥离机制的优化、高能量正极的循环电压和容量维持、高电流条件下的界面极化和容量释放,以及在极端电流-温度-针刺条件下的热失控管理等问题。这些问题涉及到电-化-力-热等多个场的耦合作用,需要进行协同优化处理。COMSOL Multiphysics提供了一种可行的工具,通过求解多物理场耦合的连续方程,能够同时考虑载流子浓度、电流密度、电-化学势、温度、应力/应变和几何形态等综合信息的演化。本文概述了该工具在锂离子电池的电解液、负极和正极设计等方面的研究,并聚焦于多场耦合对电池性能的综合影响、多场耦合模拟方法以及理论模拟与实验表征的结合。最后,本文对理论与实验联合研究中的多场和多尺度问题进行了展望。

基于COMSOL的永磁电磁混合悬浮实验设计与分析

为改善永磁磁浮技术及装置性能验证过程中存在的危险系数高、费用昂贵、现场测试条件差等问题,基于系统仿真软件模拟优势,应用相似理论的模型实验方法,探究了电磁场与永磁场的主动控制策略,设计了一套完整的磁悬浮实验系统。以工程电磁场理论及非线性有限元算法为基础,利用COMSOL Multiphysics模型开发器对永磁电磁系统的磁力场作用规律及控制策略进行了设计与分析,验证了两种悬浮结构的多模态模型下的控制算法的可行性,并为初步研制并联式混合悬浮系统设计及算法实现提供了模拟样机,为提高学生理论分析及应用设计能力提供了更为直观、系统的实验平台。

基于Comsol的锂电池模组热失控仿真研究

随着越来越多纯电动车安全事故的发生,锂电池的热安全性引起越来越多的关注。论文基于Comsol软件,对锂电池包建立集总模型,用外部试验测得的参数模拟内部电芯的电化学特性,研究电池包内部某一电芯热失控状态下,电池包其他电芯热失控状态以及整个电池包热失控蔓延的过程。电池SOC即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,研究发现SOC越大,热失控蔓延的现象越严重。集总模型建模仿真结果显示SOC越小,电压下降的趋势也越明显。

利用COMSOL对气体扩散层及燃料电池进行仿真模拟的研究进展

本文综述了利用COMSOL软件进行质子交换膜燃料电池相关结构仿真模拟的研究进展,分析基材层(碳纸层)和整个气体扩散层特性(几何参数、孔隙率等)及操作条件(压力等)对电池性能的影响,并且回顾了利用COMSOL仿真模拟在燃料电池运行条件(温度、电压等)、水管理、电池流场结构设计及性能优劣评估等方面的研究,以期为气体扩散层的结构设计和电池的性能优化提供参考。

基于COMSOL Multiphysics的经皮心肌内室间隔射频消融仿真模型构建及应用

目的:构建一种经皮心肌内室间隔射频消融仿真模型,探究不同激励电压、不同消融时间对消融区域的影响。方法:以梗阻性肥厚型心肌病患者的术前CT数据为基础,利用Mimics软件实现心脏各区域组织的分割与三维表面重建,通过SolidWorks软件将重建后的各部分转化为三维实体模型,并将其与在COMSOL Multiphysics仿真软件中建立的电极针结构结合在一起,得到梗阻性肥厚型心肌病的经皮心肌内室间隔射频消融仿真模型。基于该模型设置电磁、热多物理场边界条件,并对组织温度分布以及消融时间、激励电压对消融区域的影响进行仿真分析。结果:利用该模型可以实现经皮心肌内室间隔射频消融的仿真分析,且不同的激励电压、不同的消融时间对有效消融区域具有明显的影响。结论:构建的经皮心肌内室间隔射频消融仿真模型为后续开展多种因素对消融结局的影响提供了模型基础,对进一步研究实际临床治疗中的参数优化具有重要意义。

基于COMSOL的普朗铜矿裂隙渗流数值模拟

为了补充普朗铜矿地质特征研究以及探明矿区裂隙渗流特征,基于COMSOL软件对普朗铜矿裂隙渗流进行数值模拟。通过人工测窗法、三维激光扫描法和数字式全景钻孔摄像法对矿区的节理裂隙进行全面测量,调查开采前后矿区岩体裂隙张开度、倾向倾角、分布特征等情况。利用Monte-Carlo法生成裂隙网络模型并导出矿区岩体裂隙的几何参数,用COMSOL软件对普朗铜矿中裂隙进行渗流数值模拟。模拟结果得出,矿区的孔隙率为2.56%,渗透系数为6.52×10^(-8)m/s,对普朗铜矿的开采和资源评估具有重要意义,为其他类似矿山中裂隙渗流的数值模拟提供借鉴。

基于COMSOL和MATLAB的近轴光学隐形的研究

基于矩阵光学原理实现透镜组近轴光出现隐形区域,探究了不同参数的透镜对光学隐形区域的影响;采取正交实验设计,分别使用MATLAB和COMSOL对隐形区域进行了数值模拟,对比得出了隐形区域的影响因素,并进行了可视化呈现。结果表明,透镜的焦距和半径影响隐形区域,当透镜的直径不变时,若透镜的焦距为f,此时隐形区域t_(1)和隐形区域t_(2)的体积之和最小,当透镜的焦距小于f时,透镜的焦距与隐形范围呈负相关;当透镜的焦距大于f时,透镜的焦距与隐形范围呈正相关;当透镜的焦距不变时,透镜的直径与隐形范围呈正相关。各个透镜参数对隐形区域的体积的影响因素排序为:焦距f_(2)>直径h_(1)>直径h_(2)>焦距f_(1)。研究结果对于深入理解光学隐形区域的形成及其受透镜参数调节的影响具有重要的意义。

基于COMSOL的工作面瓦斯场与流动场耦合分析

针对工作面和采空区内风流的不稳定运动,使用COMSOL Multiphysic多物理场耦合模拟软件和气体运移的相关原理,模拟分析工作面及采空区的空气和瓦斯的运移和浓度变化。结果表明,进风风速增大,采空区内的空气含量增大;通风时间越长,采空区空气含量越高;自然通风很难解决瓦斯的上隅角积聚。模拟结果可以有效地指导矿井瓦斯抽放,为火灾爆炸事故预防提供理论依据。

基于Comsol的颗粒物静电沉积器仿真设计

随着社会的快速发展,机动车的数量也在逐年增多,机动车尾气的排放给环境带来了很大的污染,同时也伤害着我们的身体健康。因此机动车尾气的监测与控制尤为重要。针对国六标准中机动车排放的高浓度超细颗粒物的监测需求,静电沉积器在去除小粒径颗粒物方面具备了独特的优势。本文基于静电除尘原理,设计了一种适用于机动车尾气监测需求的平板型静电沉积器,带电颗粒物在电场中偏转,根据曵力与电场力的共同作用,使得小于某一粒径的颗粒物沉积,而大于此粒径的颗粒物可以顺利通过。采用Comsol软件建立静电沉积器模型,仿真模拟了静电沉积器内部流场、电场及带电粒子轨迹,进一步研究了入口流速、极板长度、极板间距、极板电势等参数对粒子捕集效果的影响,并对模型进行优化及验证。结果表明:当入口流速为1L/min、极板长度39.5mm、极板间距2.6mm、极板电势29.8V时,23nm以下颗粒物完全沉积,而大于23nm的颗粒物可以顺利通过,实现23nm以下颗粒物的有效去除,满足了机动车尾气监测中颗粒物粒径范围要求,有助于提升机动车尾气颗粒物监测的准确性,进一步为机动车排放评估,以及制订精细化控制措施等提供有效依据。

COMSOL在“传热学”教学中的应用浅析

“传热学”是工程热物理学科的核心课程之一,对于培养学生的实践能力和创新思维具有重要的作用。然而,传统的“传热学”教学方法往往侧重于理论知识的传授,难以激发学生的学习兴趣和创新精神。随着计算机技术的不断发展,数值模拟方法在工程领域的应用越来越广泛,其中COMSOL Multiphysics(以下简称COMSOL)软件作为一种多物理场耦合仿真平台具有强大的建模和求解功能。本文旨在探讨将COMSOL引入“传热学”课程教学的应用研究,以提高教学质量和效果。

基于COMSOL的八旋翼植保无人机机架结构设计

实现八旋翼植保无人机机架结构轻量化设计,在COMSOL中以结构柔顺度最小化为目标,结构体积为约束进行拓扑优化设计。比较了惩罚因子p和投影参数β对结果灰度单元的影响。优化结果经过重构后,进行了静力学分析和模态分析。研究结果表明,优化后的结构满足了设计要求的刚度和固有频率,并显著减轻了结构重量,从而能够有效提高植保无人机的载质量和续航时间。

基于COMSOL的井下电磁式能量阻隔器设计及分析

为改善页岩频谱共振装置由于作业空间开放而导致的能量利用率较低的问题,对井下电磁式能量阻隔器进行设计及分析。基于工程电磁场理论及非线性有限元算法,并通过COMSOL Multiphysics软件对井下电磁式能量阻隔器的磁场分布及运行过程进行分析,最后通过仿真结果验证井下电磁式能量阻隔器设计的可行性及正确性,并初步研制电磁式能量阻隔器上封隔部分样机。该研究在提高学生理论分析及仿真能力的同时,使学生对电磁式装置的设计及分析有一个更为直观、全面的认识。

COMSOL Multiphysics在物理化学教学中的应用

将计算仿真融入大学化学专业课程的讲授是帮助学生具体化抽象概念、提升教学质量的新思路。本文介绍了多场物理仿真软件COMSOL Multiphysics的基本原理和操作,并结合大学物理化学课程的教学内容,总结说明了该软件在相平衡、化学平衡以及化学动力学等章节中的应用实例。由学生反馈可知,计算模拟软件在课堂教学中的可视化的演示,增强了学生对所学知识的理解和掌握,提高了学生的学习热情和思考深度。

基于COMSOL的三点源供电直流电法超前探测技术

传统单点供电电极直流电法超前探测技术对远距离异常体探测时,随着探测距离增加,信号逐渐减弱,准确度大大降低。为了解决远距离超前探测误差较大的问题,结合已有直流电法超前探测技术,将单点源供电,改为三点源供电;利用COMSOL软件进行模拟,绘制测线视电阻率曲线图,并通过SURFER绘制视电阻率剖面图。结果表明:三点源供电可以较好反映出远距离异常体位置,增加了超前探测有效距离,提高了超前探测准确度。