Articles techniques et présentations

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，仍存在两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；针对以上问题，本文发展了基于孔隙结构特征变化的气体微观扩散模型，建立了微观尺度模型用以研究页岩基质有机质与无机质气体流动-微观变形之间的耦合作用。通过离散模型对分析了微观尺度页岩基质不同矿物组分（有机质和无机质）力学参数、孔隙结构、气体流动参数差异对气体微观扩散能力的影响机制，建立了由孔隙结构和流体压力控制的有效扩散模型描述气体微观扩散行为 ... En savoir plus

射频变温压差膨化是一种新型的无油膨化技术，目前已被应用到原切薯片制备过程中。薯片膨化过程中涉及了质量、动量、能量运输以及材料的大体积形变。开发出能够描述热量和水分传输、快速蒸发和大变形的基本模型，有助于了解并优化影响膨化过程的各个因素。本研究结合COMSOL软件中固体传热、固体力学、射频磁场等模块进行了耦合分析。我们采用电磁热多物理场来耦合电流与固体传热模块，研究了不同环境与设备参数对薯片加热的影响；通过吸湿膨胀多物理场，水分变化的稀物质传递模块与固体力学模块中的结构变化相耦合，利用空气中水分输送来模拟环境气氛的变化；在膨化变形过程的瞬态模拟中 ... En savoir plus

微通道精馏是一种新型高效的精馏提纯装置。本文提出了两种用于精馏的微通道结构，分别采用金属孔板和多孔介质作为液相流道。在COMSOL Multiphysics软件中构造上述两种结构，并建立了丙烷/丙烯混合物分离的传热、传质及流动的多物理场耦合模型，通过化学模块描述不同温度、压力和浓度下的气、液混合物物性，使用浓物质传递模块，基于Maxwell-Stefan模型及双组分系统传质经验关联式获得气相和液相内部及气液相界面处传质特性，以实现对微通道精馏装置内丙烯/丙烷两相流的相变传热和精馏传质过程的模拟，对比分析两种结构对微通道精馏过程传热、传质和流动特性的影响。研究结果表明 ... En savoir plus

本研究对PVT法生长碳化硅晶体的气相输运过程进行了模拟，该模型包含了坩埚的内部和外部，而坩埚的接缝连接处被模拟为多孔石墨，可以允许内外气体进行交换。坩埚外部的流场情况为，氮气和氩气从PVT炉的底部通道流入，混合气体从PVT炉顶部流出。坩埚内部的流场情况为，碳化硅粉末升华产生SiC2，Si2C和Si蒸气并向上升华，在籽晶处沉积。同时，坩埚内部和外部的气体物质通过多孔接缝发生交换，氮气和氩气可通过多孔接缝扩散至内部，SiC2，Si2C和Si蒸气也可通过多孔接缝到达坩埚外部。碳化硅反应气体物质的升华和沉积用 Hertz-Knudsen来描述，对流和扩散由Navier ... En savoir plus

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 ... En savoir plus

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 ... En savoir plus

（1）研究内容及难点：电极腐蚀是电润湿器件主要失效模式。鉴于电润湿核心功能层（疏水绝缘层）多为多孔结构的现实，电场作用下导电流体在孔径中的传输行为对理解电极失效机理有重要意义。本文拟通过引入电渗流、电毛细耦合作用，揭示疏水绝缘层中复杂交错的孔洞内部流体运动规律，预测穿透孔径形成腐蚀通路的阈值条件。该研究的难点主要是需要考虑纳米孔洞中存在的空气域，需要计算纳米孔洞中电渗流如何挤压空气域到达绝缘层底部的电极表面。 （2）COMSOL Multiphysics仿真：仿真运用两相流和静电场，由于疏水绝缘层材料接触水后，会产生负的表面电荷，以及在电场的作用下，由Young ... En savoir plus

页岩储层水力压裂中的裂缝扩展行为直接影响裂缝网络形态与油气产能提升。本文基于 COMSOL Multiphysics 建立三维流固耦合压裂数值模型，模拟并分析了五类典型压裂情形：单一裂缝扩展、两簇裂缝扩展及互相干扰、三簇对称压裂、三簇完全压裂以及水平主裂缝与垂向天然裂缝相交的情形。本文首先介绍了耦合力学与孔隙流体动力学控制方程、材料与边界条件，然后引入室内实体实验参数作为模型校核（包括页岩破裂韧性、抗拉强度、弹性模量与渗透率等特性）。在 COMSOL 中采用损伤参数化的线弹性-弹塑性破裂捕捉策略，并结合能量释放率与临界应力强度因子判据来判定裂缝的起裂与扩展。数值结果显示 ... En savoir plus

高温工况下管壳式换热器的换热性能显著衰减，液膜增厚与表面张力削弱导致传热效率降低，严重制约高温热泵系统的发展。为揭示高温冷凝条件下的流动与传热机制，本文基于 COMSOL Multiphysics 6.2 建立了光管、毛细芯管和翅片管三类换热管模型，利用有限元法与计算流体力学（CFD）方法，开展多物理场耦合仿真。模型中引入 L-VEL 湍流模型与 Brinkman 多孔介质模型，并通过网格无关性验证与参数化分析，确保计算结果的准确性与普适性。 结果表明：光管存在明显的速度和压强梯度，但边界层厚、热阻大，换热效果有限；毛细芯结构均化了温度场，降低流动阻力并促进相变 ... En savoir plus

近年来，头戴式耳机的降噪功能备受广大消费者的青睐。降噪功能包含主动降噪、被动降噪、环境降噪等。其中被动降噪性能主要受结构设计、材料性能、噪音频率、应用场景等因素的影响。因此本文考虑了固体塑料的隔音和共振、多孔海绵的吸声作用、空气中声传播、简化人体结构和人耳结构等因素，基于COMSOL软件的多物理场仿真探究各因素对被动降噪性能的影响。通多对比分析仿真与试验的PNC曲线，讨论了多物理场仿真结果在探究头戴式耳机被动降噪性能的适用性。 En savoir plus