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Bridget Paulus 创作的所有博客

通过结构分析对两根管道间的过盈配合进行优化

2018年 2月 15日

两根管道之间的过盈配合不宜过紧或过松。就像童话中的“金凤花”姑娘一样,需要达到一种“刚刚好”的状态。

使用 COMSOL Multiphysics® 模拟空气中的自然对流

2018年 2月 7日

自然对流是传热的一种类型,在各种规模的工程应用中都能发现。例如,自然对流现象有助于小型电子设备和大型建筑物维持合适的温度。无论在哪个应用领域,设计工程师都可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件对空气中的自然对流进行二维和三维仿真。 自然对流传热 自然对流,也称为浮力流或自由对流,涉及温度和引起流体(如空气)运动的密度梯度,从而产生热量传递的过程。与强制对流不同,自然对流不需要风扇或外部源,只要存在温度和密度差就可以产生流体流动。 空气中的自然对流广泛用用在各行各业。在电子领域,自然多留会耗散设备中的热量,从而防止设备过热。太阳能烟囱和特朗布壁(Trombe walls)之类的结构也会利用这种传热方式对建筑物进行加热和冷却。此外,农业产业也依靠自然对流来干燥存储各种农产品。 通过垂直电路板的空气自然对流。 无论使建立二维还是三维模型,都可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件研究空气中的自然对流。接下来,我们看一个例子。 模拟空气中的自然对流 在 COMSOL 案例库中,空气中的浮力流教程展示了对于两种不同的几何结构,如何模拟空气中的自然对流: 二维正方形 三维立方体 对于上述两种几何结构,除了左侧和右侧边缘分别被设置为低温和高温外,其他边缘均设置为隔热。温差(约 10K)会导致空气中形成密度梯度,从而产生浮力流。请注意,立方体的边多于正方形,从而影响空气的流动方式。 为了简化模型设置,我们可以使用 COMSOL Multiphysics 中的一些内置功能。首先是预定义的非等温流动 接口,可以耦合模型中的流体动力学和传热。我们还可以使用材料库轻松确定空气的热物理性质。 接下来,我们可以通过计算格拉斯霍夫数(Grashof numbers)、瑞利数(Rayleigh numbers)和普朗特数(Prandtl numbers)估计流态。格拉斯霍夫数和瑞利数表明流动是速度约为 0.2 m/s 的层流。普朗特数则表明黏度不影响空气的浮力,并且剪切层的厚度约为3mm。 想获取更多关于估算流态的详细信息,请从 COMSOL 案例库中下载模型文档。 注意:水中的浮力流教程模型 演示了一个用水代替空气的类似模型设置。 查看二维和三维仿真结果 首先,我们先来查看二维正方形中空气速度大小的仿真结果。在下左图中,可以看到速度随着空气靠近左和右边缘而增加,最大速度为 0.05m/s。尽管这比使用格拉斯霍夫数和瑞利数计算的估算速度略低,但仍属于同一个数量级。此外,其剪切层厚度(3mm)与普朗特数的估计值一致。 二维正方形中空气的速度大小(左)和速度曲线(右)仿真结果。 如下图所示,三维立方体中空气速度大小的模拟结果与二维正方形中空气速度大小的结果相似。 立方体中的速度大小仿真结果。 接下来,我们来看一下二维几何结构中温度的仿真结果。可以看出,正方形充满了单个对流单元,并且空气在边缘周围流动。在左右两侧温度差最大的地方,空气流动更快。 正方形的温度场仿真结果。 三维几何结构的仿真结果出现了稍微不同的情况。在垂直于受热面的垂直平面角部的立方体中有小的对流单元。如前所述,这种差异很可能是由于立方体的正面和背面气流影响所导致的。 三维立方体中的温度和速度场仿真结果。 后续操作 本文介绍的空气中的浮力流教程中的模型几何非常简单,但是该示例可为我们在实际应用中使用更复杂的模型模拟自然对流打下坚实的基础。 获取教程模型   有关此示例的更多详细信息,请点击上方按钮至 COMSOL 案例库下载 MPH 文件,并获取有关如何建立模型的步骤说明。

基于 MEMS 技术的应变计仿真设计分析

2018年 1月 19日

在土木工程和生物医学领域,应变计用于测量不同物体所承受的形变。通常使用箔式应变计,但灵敏度较低。基于 MEMS 技术的应变计,如双端音叉(double-ended tuning fork,DETF)应变计,可以提供更好的性能。研究人员使用 COMSOL Multiphysics® 软件对一种新型 DETF 应变计的设计进行优化,并将结果与理论模型进行了比较。

研究相变材料的热性能

2017年 9月 18日

在炎热的气候下,使建筑物保持均匀的温度是很耗费能源的。研究人员研究了相变材料作为一种解决方案的有效性。

模拟底部填充胶的热压键合过程

2017年 8月 29日

微电子学中经常使用底部填充粘合剂将不同的部件固定在一起。模拟这种粘合剂的热压键合过程,以确保其有效性。

太阳能级硅微波熔炉生产工艺的仿真与优化

2017年 4月 27日

对于要被视为“太阳能等级”的硅,它必须具有 99.9999% 的纯度。 因此,需要对用于生产太阳能级硅的微波炉进行优化来提高效率。

利用仿真技术阻止微流控装置中的气泡夹带现象

2017年 2月 6日

微流控设备会受到气泡的破坏。事实上,如果气泡夹带在微流控设备中,可能会导致设备发生故障。Veryst 工程公司创建了一个 CFD 模型来研究这个过程。

借助仿真设计高效的透皮给药贴片

2016年 11月 29日

透皮给药(transdermal drug delivery,简称 TDD)贴片的作用是在一段时间内将药物持续渗透到患者体内。然而,人体的皮肤是阻止外来物质(也包括药物在内)入侵的天然屏障。为了制造出可有效穿透皮肤的 TDD 贴片,研究人员利用仿真对药物的释放过程和皮肤的吸收过程进行了研究。Veryst 工程公司(Veryst Engineering)在 COMSOL Multiphysics® 软件中创建了 TDD 贴片模型,并将仿真结果与实验数据进行了比较。


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