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锂离子电池在首次充电过程中，电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI膜)，永久地消耗一部分来自正极的锂，造成首次充放循环的库仑效率偏低。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的容量和能量密度。为了研究石墨等负极预锂化过程，本文利用COMSOL软件建立石墨阴极和锂金属阳极二维电化学瞬态模型，基于锂离子电化学反应动力学、物质传递与扩散等过程，研究石墨阴极不同位置锂离子的浓度分布情况，分析电流密度和温度对石墨预锂化的影响。结果表明电流密度越大，浓差极化越大，造成石墨不同位置的嵌锂浓度分布极不均匀 ... En savoir plus

叶片复合材料层的击穿是风电机组遭受雷击后的主要故障形式。对于低电导率的GFRP类叶片铺层而言，雷电先导作用下的强背景电场造成的电击穿可能先于回击电弧的热效应产生。为了获得GFRP铺层的电击穿机理，基于COSMOL Multiphysics软件，建立了引下线-GFRP铺层的流注放电数值仿真模型。考虑了空气域与介质层内部的粒子输运，以及气-固分界面上的电荷沉积与注入作用。通过“稀物质传递物理场” 模块、“静电物理场”模块、“边界常微分和微分代数” 模块以及“稳定对流-扩散方程接口” 模块对控制方程进行求解。依据电场梯度分布进行了网格加密与时间步设置 ... En savoir plus

储氢合金的PCT曲线和氢化动力学性能是描述合金储氢性能的重要标准，目前对合金的PCT曲线测试一般采用体积法，对合金氢化反应动力学的研究一般采用等容差压法。但在实际生产过程中，储氢合金通常是在恒定氢气流速的情况下工作的，所以研究合金在恒定氢气流速条件下的吸氢动力学性能很有必要。与实验相比，采用数值模拟预报合金的吸放氢性能节省了大量的时间和成本，具有突出优势。目前金属Pd及其合金被广泛应用于储氢及氢气纯化等领域，我们通过COMSOL软件建模，构建Pd吸氢热力学与动力学特性模型，选用传热、流体流动、域常微分等物理场模块建立了Pd在恒定氢气流速下吸氢动力学的计算模型 ... En savoir plus

微纳米马达是一种能将周围环境的能量转化为自身自主运动的新型智能仿生材料，其在药物的运输与释放，低维材料的合成以及软物质研究中有着重要的应用[1]。基于自电泳的双金属棒马达是研究时间最长的一类马达，它有着与自然界中类似的自组装和群体行为的特性[2]。但是其运动机理复杂且涉及到多个物理场的紧密耦合，这就为其进一步的研究和应用带来了一定的困难。 COMSOL Multiphysics® 可以方便地进行多物理场的模拟。图(1)展示了双金属棒的自电泳机理， 由于棒两端的化学反应造成了带电离子浓度的分布不均匀，进而产生自生电场驱动马达运动。其中传质过程 ... En savoir plus

锂离子电池在过充的情况下，由于负极余量不够会在负极表面析出一层锂金属，一方面，析锂会造成大量的锂离子损失，造成内阻增加和容量衰减；另一方面，如果析出的锂继续增长会生成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜造成内部短路触发热失控，对电池的安全性造成极大的威胁，因此检测析锂对电池管理系统至关重要。该工作采用COMSOL Multiphysics中的锂离子电池模块，通过增加析锂动力学方程的方法，为26650圆柱形锂离子电池建立了过充条件下的析锂模型，并通过实验进行了验证。通过研究在0.2 C和0.5 C倍率下过充至4.5 V，4.6 V，4.7 V，4.8 V，和4.9 ... En savoir plus

我国每年产生超过四千万吨含水率超过80%的工业污泥。污泥电解脱水（SED）是污泥减量化处理和资源化回收前的有效方法之一，该技术在脱水的同时也会伴随可溶性离子的迁移。为了理解和预测电解污泥脱水过程中可溶性离子迁移分布规律，利用Comsol Multiphysics软件中三次电流分布接口模拟了不同电场强度作用下SED过程中污泥脱水过程中金属离子Na+和K+的动态迁移分布变化过程。在模型设置中电极表面动力学符合Butle-Volmer方程，迁移率符合Nernst-Einstein关系，温度数据采用实验所得数据的插值函数，使用域探针计算泥饼上、中、下各层离子量。仿真结果显示 ... En savoir plus

随着电子通信的不断发展和普及，对声表面波器件（SAW）的性能要求也逐渐提升。在器件不断变小，工作环境的不断恶劣的情况下，声表面波器件也需要更高的频率、更好的稳定性能以及更大的带宽等新的提升。对于传统的氮化铝/金刚石结构来说已经无法满足更高频率，更大带宽的要求，所以本文为了能设计具有更高的相速度和机电耦合系数的声表面波器件，使用comsol 有限元仿真中的MEMS模块，对掺钪的氮化铝薄膜进行了研究，通过实验证明氮化铝钪作为压电材料时能具有更好的特性。通过研究在四种激励模式下氮化铝/金刚石结构与氮化铝钪/金刚石结构随着压电材料厚度的变化 ... En savoir plus

飞行器遭受雷击时会产生多物理效应，包括电磁感应效应、热效应和电磁力效应等。建立三维电磁、电磁-热耦合、电磁-热-力耦合等多种典型模型进行仿真分析，通过对电势、电流、温度、电磁场和力等物理量的分析，研究飞机附着点、雷电防护布局、雷电流分布、金属网/复合材料熔蚀、机舱内电磁场分布、油箱缝隙打火、结构受力等问题。仿真结果在不同程度上可以为飞行器的雷电防护提供重要参考和设计依据。本文以 COMSOL Multiphysics® 多物理场耦合软件为仿真分析工具，建立多种典型问题模型进行计算并对结果分析，说明雷电及其相关问题可以通过仿真分析进行评估和解决。 En savoir plus

为提高锂离子电池的能量密度，人们做出了许多努力，其中设计厚电极是一种很有前途的方法。传统上，在构建厚电极时会考虑动力学效应，例如降低迂回度以促进离子传输。这项工作创新性地研究了动力学和热力学对电极过程的耦合效应，并通过可视化电极过程对两者进行了竞争分析。结果表明，倾斜的平衡电位曲线有利于电极的均匀利用，但严重的动力学约束会使热力学调节失效。因此，改变电极的热力学特性以加强调节效果是一种很有前途的方法，而动力学约束则是限制电池容量释放的内在因素。深入的分析表明，确保离子和电子的混合控制可以显著缓解动力学反应的异质性。作为概念验证，我们构建了具有垂直通道的厚电极 ... En savoir plus

随着高压直流输电技术的发展，直流气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）因其具有占地面积小、可靠性高、维护少等优点已得到越来越多的关注。相比交流GIS，直流GIS绝缘介质表面存在严重的表面电荷积聚问题，导致其沿面闪络特性下降，制约着直流开关设备的工程应用。为了研究直流 GIS 绝缘子绝缘特性，采用 COMSOL 分析软件，基于有限元理论，在考虑绝缘介质阻容模型的基础上，建立了直流 GIS 柱式绝缘子的电场模型，根据此模型，研究了绝缘介质不同材料特性、加压等级在交直流场下的分布规律，并进行了试验验证，为高压开关设备直流绝缘设计优化提供了技术支撑和理论依据。 En savoir plus