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在石油开采的过程中会产生很多的废料残渣，油基钻屑就是其中的一种。油基钻屑成分复杂，含有多种矿物油，是国家明文规定的危险废弃物，因此需要对油基钻屑进行资源化无害化处理。本文利用多场模拟商用软件COMSOL对不同几何结构参数的螺纹推进式换热器进行合理建模，研究螺纹推进式换热器的关键结构参数、螺纹转速对管侧高温烟气和壳侧油基钻屑的流动传热、阻力性能、内套管形变规律的影响关系和敏感特性。结果表明：随着螺纹转速的增大，油基钻屑出口速度、表面传热系数和流动阻力增大，出口温度升高，最大轴向位移与最大径向位移均逐渐减小；同时发现，当雷诺数Re En savoir plus
相比标准焊接型IGBT模块，压接型IGBT采用无键合线连接技术，具有失效短路、抗浪涌能力强、结构紧凑和双面散热等优势，更加适用于串联连接和大功率应用场合。压接型IGBT芯片的电气特性和失效模式与机械压力密切相关。需要研究不同机械压力和封装结构对IGBT芯片的影响，一方面，研究芯片的应力集中问题，为压接型IGBT芯片的优化设计提供建议；同时，找到合适的机械压力范围，优化封装结构，为提升器件整体性能奠定基础。 COMSOL多物理场仿真在IGBT封装结构设计和压力分析方面具有很大的优势。单芯片压接型IGBT的基本封装结构可通过几何部分进行设计 ... En savoir plus
沥青混凝土是一种典型的多相粘弹性材料，超声波在其中的传播规律非常复杂。不同温度下沥青混凝土的粘弹性差异非常明显，导致超声波的传播衰减比较显著。为确定合适的温度范围，基于COMSOL的固体力学模块，本文建立了超声波在沥青混凝土中的传播模型来探究振幅和波速对温度的敏感性。传播模型主要分为沥青混凝土和压电换能器两部分，其中，沥青混凝土部分采用蒙特卡洛方法构建二维三相沥青混凝土传播介质（集料、沥青砂浆和空隙）；压电换能器部分则为一发一收式。基于Burgers模型，本文选取了四种典型温度 (-10℃、10℃、20℃和30℃) 下的沥青砂浆参数 ... En savoir plus
针对MEMS电容式压力传感器的非线性和空腔引线问题，提出一种非共面叉指电极结构，叉指电极重叠面积变化反映电容变化，从而改善了传感器的线性度。此外，腔外设计的叉指电极还避免了复杂的制造工艺。 本案例第一个研究模拟了不同施加压力对MEMS电容式压力传感器输出特性的影响；第二个研究模拟了环境温度对MEMS电容式压力传感器输出特性、电场分布以及热应力和变形的影响。第三个研究模拟了加速度对MEMS电容式压力传感器输出特性、电场分布以及机械应力和变形的影响。模型同时使用了“AC/DC模块”的“静电”接口以及“结构力学模块”的“固体力学”和“膜”接口。 ... En savoir plus
应力型保偏光纤通过在光纤结构中引入不同热膨胀系数材料，造成纤芯受应力致光弹效应影响，进而实现纤芯折射率随波长和偏振态的分布，产生应力双折射。目前关于应力型保偏光纤的解析模型与数值仿真都与实际结果存在较大差距。本工作使用COMSOL® 软件，首次将热膨胀系数随温度的变化引入仿真研究，通过使用结构力学中的热应力多物理场接口，进行瞬态模拟，计算得光纤应力双折射分布。本研究探索并分析了不同热膨胀系数-温度曲线和不同温度历史对应力场及双折射的影响。对进一步改进应力型保偏光纤设计和制备工艺具有一定指导意义。 En savoir plus
涂层高温超带材是一种典型的多层复合结构，带材中三层宽厚比极大的薄层（银层，超导层和缓冲层），在3D有限元分析中网格剖分数目大而且单元奇异性增大，进而导致计算量极大。为了有效解决由于涂层高温超导带中各层在3D有限元模型网格划分和计算上带来的困难，针对诸如轴向拉伸、弯曲、扭转等基本变形模式，本研究基于COMSOL Multiphysics® 5.4复合材料模块建立了涂层高温超导带高效数值计算模型。为了验证2D多层壳结构模型的计算精度和效率，同时基于固体力学模块构建了3D实体结构模型，并分别对于轴向拉伸、扭转变形下两模型的计算结果和计算效率进行了对比分析 ... En savoir plus
“页岩气革命”使美国成功摆脱了对他国能源的严重依赖，目前我国页岩气的勘探开发也已取得了突破性成果，但是随着页岩气的开发，仍存在三大问题困扰着科学工作者和现场工程师：（1）页岩气开发过程中的渗透率演化规律尚未摸清；（2）在产气过程中，页岩气在产量上往往呈现出不确定性；（3）缺乏针对页岩气进行历史拟合和产量预测的数学工具。针对以上三个主要问题，我们定义非常规储层固有渗透率的演化是裂隙和基质之间物质传输和应力传递的结果，并建立了离散体模型研究孔隙变形与流体流动之间的耦合作用；以此为基础，我们建立双基质双重孔隙介质模型（连续介质模型）研究页岩基质变形与流体流动之间的耦合关系 ... En savoir plus
微波加热技术现已广泛应用于岩石工程和地下工程等领域，例如岩石粉碎、非常规油气开采等领域。国内外学者也对此进行了大量的研究，但是微波破岩机理尚不明确，特别是微波照射下不同矿物成分相互作用机理不明确。微波破岩是一个电磁-热-力相互耦合过程。本项研究借助于COMSOL的RF模块、固体力学模块、固体传热模块及COMSOL with Matlab。建立了不同尺度的数值计算模型。在大尺寸模型中揭示了微波照射时间与温度的关系，并与试验结果对比。在小尺度模型中，研究微波照射下不同矿物的破坏机理，相关研究成果已撰写一篇SCI论文（审稿中）。 En savoir plus
随着城市地铁规模的不断发展，冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用。为了得到郑州地铁3号线联络通道冻结壁厚度达到2m时的合理的冷媒温度和冻结时间，了解开挖隧道对地层稳定性的影响。首先基于非饱和土渗流理论和能量守恒原理，考虑冰水相变对温度场的影响，建立了非饱和土水热耦合控制方程；然后基于热力学和热弹性力学理论，建立考虑相变过程的热力耦合控制方程；最后采用COMSOL有限元中的PED模块和固体力学模块实现温度场、水分场和位移场的三场耦合。分别设置冷媒温度为-20℃、-25℃、-30℃和-35℃，分析冻结过程中地层温度场的分布及发展规律，研究人工冻结过程中冻胀量的变化规律 ... En savoir plus
2015年由美国大发起页岩气革命成功地使美国从油气进口国转变为油气出口国。这使得页岩气成为能源领域关注的热点。页岩气与煤炭和石油相比更为清洁，且储量更为丰富。开发页岩气的两项关键技术是水平井钻井技术和压裂改造地层技术。 然而，由于页岩相比于其他岩石水化学活性更强，导致在水平井钻穿储层过程中井壁极容易垮塌失稳。油基泥浆的使用可以克服上述问题，但成本昂贵且受环保限制。水基泥浆的普及依赖于对页岩水化的深入理解。在页岩水化反应过程中，温度场、离子浓度场、渗流场、应力场均不同程度地作用在井壁周围岩石，而且相互耦合作用随时间不断变化 ... En savoir plus