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。

多针头静电驻极熔喷布电场仿真及其过滤性能研究

为获得场强分布均匀且场强值较高的最佳多针头静电驻极结构参数,采用有限元模拟方法,研究驻极多针头与辅助电极等结构参数对场强分布的影响。利用COMSOL Multiphysics软件对多针头静电驻极过程中场强分布规律进行仿真,再通过优化后的多针头驻极装置测试熔喷布的驻极性能及过滤性能,并对其进行验证。结果表明:当电压25 kV、接收距离120 mm、针头直径0.5 mm、针长30 mm、针间距30 mm、高度差5 mm、辅助电极长度36 mm、辅助电极与相邻针水平距离28 mm、多针头曲率为3时,场强CV值为0.17%,消除了多针头驻极边缘效应。当电压25 kV、驻极时间20 min时,过滤效率较优,为93.45%,过滤阻力为84.5 Pa。认为:经过多针头静电驻极后,熔喷布过滤效率和阻力的不匀得到显著改善。

一种基于COMSOL的四极场离子运动仿真模型

四极场质谱仪是目前应用最广泛的小型质谱仪器之一。研究四极场中离子运动轨迹,对于深入理解和认识四极场中离子的行为非常重要,不仅有助于提出新的质谱技术问题,也对质谱仪器研制具有指导意义。离子运动的数值模拟和仿真是研究四极杆中离子运动行为的高效数字化手段。本文基于COMSOL Multiphysics建立了四极场的数字仿真模型Sim-Quaq-COM-V1.0,应用该模型得到的仿真数据结果与理论计算结果一致,可作为研究四极场中离子行为的精确数字化模型。在此基础上,对比研究了双曲四极杆与圆柱四极杆中离子的运动行为,相同条件下,m/z 69离子在双曲四极场中通过的数量约为圆柱四极场的4倍。该仿真计算模型能够快速配置全局参数,节省几何设计和建模的时间,降低计算难度;模型支持并行计算技术,在计算速度和计算量方面均有大幅提升,能够同时处理大量离子,缩短研究周期,助力质谱仪器设计和研发技术的数字化发展。

基于COMSOL有限元的舰船静电场近场数值仿真与实验验证

由于传统电偶极子及直流电流源模型在对舰船静电场建模时忽略了船体自身电化学腐蚀及阴极保护装置的影响,从而造成静电场数值仿真误差较大.针对该建模方法存在的不足,采用了基于COMSOL有限元法对舰船静电场进行了建模.通过巴特-沃夫(Butler-Volmer)方程对船体-海水接触表面的界面电化学反应进行定义,应用COMSOL多物理场仿真计算得出了在海水中因电化学腐蚀所产生的船壳自腐蚀电位和静电场的分布,以及当存在外加电流阴极保护装置时对静电场分布的影响.仿真和实验结果表明:船体电化学腐蚀及阴极保护装置对静电场分布的影响很大,且随着外加电流的逐渐增大,静电场各分量峰峰值均有所增加,但不会呈线性变化.

不同海拔高度下电晕放电等离子体粒子特性的仿真研究

电晕放电作为等离子体的一种重要获取手段,它的放电特性及其降解能力与所处空气环境有着密切的关系.为了得到不同海拔高度对电晕放电特性和等离子体降解能力的影响,本文通过COMSOL软件基于流体动力学模型,对不同海拔高度的放电模型进行数值模拟计算.分别对电流波形、影响等离子体降解能力的电子密度、平均电子能量等物理量随海拔高度变化的规律进行研究.结果表明,海拔越高,气压越低,环境温度越低,电流脉冲峰值越高,频率越高,脉冲启动时间越提前.脉冲波形的上升时间减小、下降时间增大.同时,电子密度以及平均电子能量也会随着海拔高度的升高而增强.

基于COMSOL仿真的脉冲电流激励下电动汽车动力电池热特性研究

随着电动汽车的快速发展,锂离子电池作为电动汽车主要动力来源,其综合性能受到越来越多的关注。而在低温环境下动力电池性能衰减严重,影响电动汽车在北方寒冷地区的发展和普及。低温预热技术作为电池热管理系统的核心技术之一,可以有效缓解动力电池在低温环境下的性能衰减。文章通过试验得到电池的基本参数,基于COMSOL仿真软件搭建了电池脉冲加热模型,探究电池在加热过程中温升速率的变化以及模组温度分布情况。研究结果表明:在低温环境下,脉冲加热可以有效提高电池的温度。在加热过程中,电池模组内温度分布均匀,平均温差为0.55℃,整体呈现出温度向电池模组中心聚集的趋势。此外,还将脉冲电流加热与电加热膜加热的加热效果作了对比,验证了脉冲加热的加热效果和温度一致性都优于电加热膜加热法。

基于COMSOL Multiphysics的静电场仿真分析

模拟静电场来帮助学生学习电场的性质是通常采用的方法,如MATLAB模拟和电极模拟方法,这些模拟方法相对抽象,学生不易操作.本文利用多功能物理场模拟软件COMSOL Multiphysics来模拟点电荷周围的电场及等势面,可形象、直观展示几种特殊的点电荷电场大小和方向及其等势面,不仅便于学生观察分析,也可加强对场强变化及等势面分布情况的直观认识,对学生学习静电场内容有很大的帮助.

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。

COMSOL Multiphysics仿真软件在“传感器技术”教学中的应用

在本科教学中如何采用现代化的教学方法解决教学难点,加强课本中的知识点与实践之间的联系,是高校教师面临的挑战,也是亟须解决的难题。本文以“传感器技术”课程为例,该课程的学习需要使用大量的数学工具建立传感器的物理模型,并深刻理解传感器的感知原理。因此,学生在学习本课程时会出现较多困难点,难以高效理解吸收课本知识,以至于教师无法实现高质量的教学。借助Comsol仿真软件强大的功能,笔者尝试将其运用到教学中,利用仿真软件建立传感器物理模型,求解相对应的物理参数。仿真软件的可视化功能激发了学生的学习兴趣,使得授课内容更加直观化、简单化,大大减少了学生对复杂数学计算问题的担忧,提升了课堂教学质量。

静电场仿真在550 kV隔离开关VFTO故障解决中的应用

快速暂态过电压(VFTO)一直是高电压等级气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)运行中不容忽视的问题,尤其是550 kV及以上的设备。现结合一起典型的550 kV隔离开关(DS)产生的VFTO导致接地故障的案例,对故障原因进行了分析推断;通过静电场仿真结果的对比,对设计进行了改善;新方案通过了开合母线充电电流方式1和方式3的型式试验,随后对客户的设备进行了升级替换;改善后的设备带电运行数年后的结果表明,改善效果良好,再没有出现过VFTO引发的故障。

基于COMSOL仿真软件的阵列感应测井偏心响应计算方法

研究了基于有限元仿真软件COMSOL的阵列感应测井偏心响应数值计算方法。通过解决偏心模型的建立、地层大小的选取、网格剖分设计和求解器的选取等问题,高效准确地计算出阵列感应测井仪器MIT的偏心响应。均匀地层COMSOL仿真软件计算结果与解析解的相对误差最大为0.369 796%,能够较好地满足计算精度,计算数据可靠有效。应用COMSOL仿真软件对阵列感应测井仪器MIT建立偏心响应数据库,对偏心严重的响应绘制图版进行分析,可有效分析偏心对视电导率的影响。

COMSOL与Visual C++三维电阻抗有限元联合建模与仿真研究

目的:充分利用COMSOL软件的可视化建模特点与Visual C++平台的编程特性,提出一种COMSOL与Visual C++三维电阻抗有限元联合建模与仿真方法。方法:利用COMSOL软件中的建模方法建立模型,将模型转化为.stl文件导入Visual C++仿真平台,利用Delaunay四面体网格剖分算法进行有限元剖分,完成有限元计算仿真,最终实现联合建模与仿真。结果:该方法可以对COMSOL软件中建立的模型进行导入,并可完成三维有限元仿真。结论:该方法能够适应多种建模软件建立的模型,可以方便准确地实现联合建模与仿真,具有较高的实用性。

基于COMSOL三维仿真测定复合材料导热系数

导热系数是评价材料保温隔热性的重要指标,但复合材料导热系数的测定往往受到各种环境条件的约束。分别选用复合材料导热系数理论计算公式和COMSOL软件仿真方法获得复合材料导热系数。并将理论计算结果和仿真结果分别与实测复合材料导热系数进行对比分析:理论计算所得的导热系数比实测数据偏低,且相对误差最高超过29%; COMSOL仿真结果与实测数据较为吻合,相对误差不超过5%。

静电悬浮转子微陀螺悬浮控制系统级仿真

给出了一种基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,可同时测量两轴角速度和三轴线加速度;采用力平衡原理和力矩平衡原理测量壳体输入的线加速度和角速度,即对转子实行闭环控制使转子保持在零位,输出控制电压反映壳体输入线加速度和角速度的大小。针对转子结构,提出了一种基于模拟PID技术的非集中控制策略来实现悬浮控制,建立了一种基于Coventorware的机电混合仿真模型,对结构、电路和控制进行通盘考虑。通过起支仿真和加速度输入仿真可以看出,系统级仿真结果表明了其具有仿真速度快、仿真结果准确等优点,在与实验结果的比较中证实仿真结果的准确性和有效性。

静电除尘器主要常见故障的仿真研究

本文以燃煤电厂广泛采用的板卧式静电除尘器和火花自动跟踪高压供电装置为研究对象，对静电除尘器常见故障进行了分析研究，建立了仿真数学模型，编程后在静电除尘器原理型仿真机上调试运行，得到了与实际相符的运行结果。

基于COMSOL Multiphysics压电铌酸锂晶片仿真

压电换能器是声光可调谐滤波器(AOTF)的基础元件,而换能器的核心部件是压电铌酸锂晶片,其性能直接影响AOTF的性能。该文利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对压电铌酸锂晶片进行有限元仿真分析,基于COMSOL Multiphysics的压电模块,对超声换能器的压电铌酸锂晶片进行了瞬态分析。通过瞬态分析得到了压电铌酸锂晶片随时间变化的位移图。

静电纺丝运动轨迹的建模与仿真研究

静电纺丝作为一种简单而有效的方法,广泛应用于纳米纤维的制备.本文以静电纺丝过程中带电溶液为对象,将带电溶液模拟成多个离散化的带电粒子,对带电粒子进行受力分析,建立带电粒子的分子动力学模型.基于Runge-Kutta算法,对带电粒珠的运动轨迹进行了数值计算,并利用MATLAB软件进行了仿真.改变静电纺丝工艺参数,得到了带电粒珠的不同运动轨迹的仿真图像.在相同的工艺条件下进行了纺丝实验,实验所制备的纳米纤维轨迹与仿真图像相一致.分析结果表明,静电纺丝过程中,改变工艺参数可以实现纳米纤维的运动轨迹的可控.

基于COMSOL的电容成像传感器仿真研究

针对电容成像传感器仿真分析的难点,以8极板电容成像传感器为例,建立了电容成像传感器的三维有限元仿真数学模型,详细介绍了如何使用COMSOL软件对电容成像传感器进行三维仿真,后处理结果表明8极板电容成像传感器能检测到有机玻璃内部7个不同深度的缺陷,验证了电容成像检测技术的可行性。除此之外还运用COMSOL对8极板电容成像传感器的电容值进行提取分析,并与实验结果相对比,结果表明两者的检测结果相吻合。此方法方便了电容成像检测技术正问题的研究,为运用COMSOL软件对电容成像传感器的性能分析与参数优化提供了依据。

静电涂油机油液雾化实验与仿真研究

油液的雾化直接影响静电涂油机的喷涂质量,通过静电涂油机的油液雾化实验得到了油液雾化过程的主要指标和影响油液雾化质量的主要因素,根据二者之间的关系建立了静电涂油机油液喷射雾化的数学模型。使用V isual C++面向对象技术和开放图形库,根据所建立的数学模型,模拟了不同电压下油液的静电雾化形态。理论分析和实验研究表明:射流长度随电压的升高和刀梁到钢板距离的减小而越小,雾化角随电压的升高和刀梁到钢板距离的减小先增大后减小。对比不同电压下的油液雾化照片,雾化形态模拟图基本实现了静电喷涂中油液雾化的动态过程,达到了预期的仿真目的。

基于COMSOL软件的静磁场仿真与分析

本文利用COMSOL软件对于半径为1.5 mm,高度为1 mm圆柱形微小永磁铁的磁场进行了仿真,并利用切片图和体箭头图对磁铁周围的磁场进行了三维分析,利用一维绘图组对磁铁周边的平行线上的点的磁场进行了分析。通过仿真,可以对磁铁周边的某条线、某个点的磁场进行精确求解,可以让学生更直观、更形象去理解周边的磁场,更好的服务大学物理实验教学。