摘要：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。

摘要：当前针对大体积混凝土通水冷却热流耦合问题的数值分析还存在许多不足,面临着简化较多、精细模拟十分困难的局面。为此,基于comsol multiphysics多场耦合有限元软件中的流体流动模块和传热模块,进行了通水冷却热流耦合精细化数值分析,将计算结果与理论解、通水冷却等效算法进行对比,验证了comsol耦合精细化算法的正确性和可行性。结果表明,comsol耦合精细化算法在模拟水管沿程温度变化和水管附近的温度值变化方面比等效算法更加精确,更能体现真实的温度梯度,为后续的热应力分析奠定了基础。

摘要：为分析溢流坝预应力闸墩在不同工况下的最大主应力和最大位移,给工程设计提供技术参考,以某工程溢流坝为研究对象,通过comsol multiphysics建立预应力闸墩三维有限元模型,并进行数值分析,得到不同工况下预应力闸墩的位移及应力分布情况。由分析结果可知:超过混凝土抗拉强度的部位,可以通过配置非预应力钢筋来限制闸墩表面裂缝的开展。该分析方法可为类似工程预应力闸墩体系的设计和优化提供借鉴参考。

摘要：为保证工程设计的合理性和安全性,利用comsol multiphysics对混合坝接头形式和防渗系统等进行三维有限元分析,考虑施工填筑路径、重力坝与土石坝接触的力学特性,通过系统的应力、变形和渗流场耦合计算,研究特征工况下混合坝相互作用的形态,分析大坝施工过程和主要控制工况下各结构的渗流、应力和变形情况。分析结果表明:混合坝的渗流、变形、应力、水力劈裂均满足要求。该分析方法可为混合坝工设计和施工提供参数和依据。

摘要：污泥经过缓慢冻结后再解冻,通常会大大改善自身的脱水性能。基于冻融循环法对城市污泥脱水效果进行了考察,采用响应曲面法,以污泥冻融温度(℃)、冻融时长(h)及冻融次数(次)为因变量,污泥含水率(%)为响应值,通过Box-Behnken中心组合设计法建立数学模型。结果显示:当冻融温度为-16.30℃,冻融时长为19.70 h和冻融次数为19次时,模型预测的最小污泥含水率为33.93%,模型R^(2)>0.99,模型吻合度较好,说明响应曲面法用于优化冻融循环过程中调理污泥理化性质,改善脱水性能是可行的。污泥内部的水热过程是影响污泥资源化利用以及水资源利用的重要因素,传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和介质中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。通过有限元模拟软件建立污泥冻融循环模型,以实验数据为基础,通过comsol multiphysics的数学模块,实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和水分场偏微分方程的耦合求解,分析了污泥水分对流与温度变化的关系。并通过场发射扫描电镜分析冻融前后污泥絮体微观结构和孔隙变化,为污泥冻融处理在优化污泥脱水性能方面的应用提供依据。comsol multiphysics的PDE模块可以较好地模拟冻融循环条件下污泥水-热耦合过程,考虑冰水相变以及水分对流迁移影响,为污泥资源化利用以及水资源利用相关数值模拟研究提供参考。

摘要：为了研究100 m以上高面板堆石坝的应力和变形特性,该文采用Duncan-Zhang E-B非线性弹性双曲线模型,采用有限元软件comsol multiphysics建立模型,利用MATLAB函数进行二次开发,对盘石头水库混凝土面板堆石坝的应力和变形进行了分析。通过分析,获得了混凝土面板堆石坝在竣工期、正常蓄水条件、设计洪水位条件和校核洪水位条件下的应力和变形特征,为100 m以上高混凝土面板堆石坝的施工和运行提供了理论指导。

摘要：引入三维渗流分析理论与强度折减方法计算稳定性,基于某水库均质坝体工程资料分析,借助comsol multiphysics数值软件建立分析模型,研究不同工况下坝体渗流与稳定性,得到正常蓄水位下坝坡的上下游侧渗透压力差、浸润线、水头等势线分布特征,最大水力坡降值为2.89,渗流活动较为安全;水位回落期中水力坡降随水位回落逐渐增大;浸润线最高点高程为917.5 m,渗流方向指向上游侧坝坡与坝体内部;最大水力坡降值为5.61,坝体渗流较为危险,应考虑布设防渗结构。通过分析正常蓄水位、水位回落期、施工期3个工况下坝坡危险滑弧,3种工况下安全系数分别为1.54、1.33和1.73,均高于临界最小安全系数,坝体稳定性处于安全状态。以期为comsol软件在水工建筑物中渗流与稳定性分析提供参考。

摘要：One of the fundamental issues in gas insulated substations （GIS） which has destructive effects on GIS equipment is the very fast transient over-voltages （VFTOs）. This paper models a 400/230 kV substation in order to study the effects of VFTO extensively implemen- ted on EMTP-RV. In addition, the application of ferrite rings for suppressing VFTOs is assessed thoroughly. The main advantage of this paper is its new proposed algorithm according to the ferrite ring frequency dependent modeling that is validated with experimental results. This paper examines the effects of three compositions of the ferrite ring on VFTO suppression. Moreover, it estimates the dimension of the ferrite ring based on the SF6 gas insulation withstand and the maximum effect of ferrite rings on VFTO suppression constraint with the comsol multiphysics software. Furthermore, it gains VFTO attenuated percentages due to the installation of the ferrite ring in different GIS nodes. Finally, it analyzes the offered VFTO amendment technique in various GIS switching scenarios.

摘要：为了在事故条件下导出气冷微堆堆芯余热,本文提出了一种非能动余热排出系统(简称余排系统)设计。余排系统的自然循环流动换热和反应堆堆芯的温度分布具有紧密的耦合反馈作用,对于事故条件下的余排系统换热性能和燃料最高温度有重要影响。本文基于comsol multiphysics软件,针对棱柱型气冷微堆设计,开发了包含反应堆堆芯和余排系统的一体化流动传热计算模型,并与MHTGR基准题和方腔自然对流基准题开展了关键模型验证。利用该计算模型分别研究了正常运行稳态和失流未失压事故瞬态工况下的余排系统工作特性以及堆芯温度响应状态,评估了该系统对事故的缓解效果。计算结果表明,正常运行工况下,余排系统空气自然循环流动规则平稳,带热造成的热损耗水平可以接受,不会显著影响堆芯温度。在失流未失压事故工况下,余排系统早期换热功率较高,后期由于压力容器壁面温度的下降而逐渐降低。总体而言,该系统能有效导出堆芯热量,从而保证堆芯结构的完整性。本文建立的一体化CFD计算模型能用于气冷微堆余排系统的方案设计以及事故安全分析评价。

摘要：针对万瓦级扩束型光纤连接器的准直聚焦透镜在不同冷却方式和不同尺寸参数的情况,进行了数值模拟。通过使用ZEMAX仿真设计,得到耦合透镜尺寸参数(直径为40~60 mm,边缘厚度为5~25 mm)。利用comsol multiphysics模拟透镜的热分布,获得不同输出功率下,透镜使用该冷却方式的表面最高温度和使用该冷却方式透镜尺寸对温度的影响。对20组不同尺寸参数却有着相同光学性能的非球面透镜进行模拟分析,结果表明,在满足光学性能和功率密度的条件下,功率大于20 kW时,透镜可以使用侧面风冷的冷却方式,风速为9 m/s,透镜直径大于50 mm,厚度小于等于5 mm;功率大于7 kW时,透镜可以使用平面风冷的方式,风速为5 m/s,透镜直径大于30 mm,厚度小于等于5 mm;功率小于7 kW时,透镜可以使用边缘水冷的方式,水流速为1 m/s,透镜厚度小于7 mm。