基于COMSOL 的感应耦合等离子体炬多物理场研究

为了优化锂微粉等离子体球化的工艺,对感应耦合等离子体炬进行二维建模,将电磁场计算域扩展到等离子体放电区域之外的空气区域,利用COMSOL 软件进行多物理场模拟。得到了等离子体的电磁场、温度和速度分布,并对分布形成的物理机制进行分析。模拟发现等离子体区域线圈段存在上下两组对称的回流涡,线圈段中部靠近约束管处等离子体速度分布杂乱,有激烈的径向打壁现象,乱流预计会对约束管壁相应位置造成一条环状的破裂效果。基于模拟结果,提出在采用感应耦合等离子体球化锂微粉的工艺工程中,可以将注粉口下移,绕开上回流涡。     

基于超声导波的高温超导体失超检测方法

失超检测是高温超导结构安全运行的基础, 失超的发生和传播往往伴随着超导结构内强烈的热变化. 为了检测失超过程中高温超导结构的热变化特征, 本文利用超声导波对温度的变化较为敏感这一特性设计了一种基于超声导波的失超检测方法, 并提出、发展了基于超声导波的时移变化率的失超检测准则. 相比于传统的电压失超检测方法, 该方法具有非侵入性、响应快速的优势, 且不易受环境电磁场干扰, 具有广阔的工程应用前景. 本文采用COMSOL Multiphysics 耦合场分析模块对该方法进行验证, 结果证实了该技术在高温超导结构失超检测中的可行性,进一步探讨了该技术在不同环境、不同传输电流下失超检测的可行性. 同时与传统的电压检测失超方法进行了对比分析, 说明了本方法的可靠性及优势, 有望为高温超导结构的失超检测提供一种高效的测量方法.     

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.     

利用场耦合理论研究开放微波谐振腔

利用电磁场的等效原理，将一个开放微波腔等效于一个闭合边界微波腔（即封闭微波腔）和开放边界（即行波吸收边界）两部分，然后利用等效封闭微波腔的本征模式及其与开放边界的耦合，建立了关于开放微波腔模式（即模式场分布、频率、品质因子）的耦合方程组，其中开放边界为行波吸收边界.以X波段六腔渡越振荡管为例进行分析，将该振荡管等效为封闭微波腔和同轴输出结构两部分，用SUPPERFISH获得封闭腔的各个模式场分布及频率，然后根据封闭微波腔与开放边界的耦合，求得六腔渡越振荡管的工作模频率为9.25GHz，品质因子为115.2，与实验测量结果基本符合. 关键词： 微波腔 本征模式 场耦合 渡越振荡管     

高温超导储能磁体多物理场解耦设计

针对在高温超导储能磁体设计中多物理场耦合分析问题,本文提出了一种面向有限元分析的解耦优化设计方法,并以一台150kJ/100kW高温超导磁储能磁体为例进行了有限元仿真验证。本文首先梳理了高温超导储能磁体的多场耦合关系,提出在材料物性关系和多场耦合关系中分别以温度和电磁场为主导因素;进而归纳得出,磁体易失超危险区分布及解耦分析中多物理场数据流向设计,是设计过程中的关键问题,并给出了分析策略;最后按照逻辑合理、工作量最省的原则提出了解耦综合优化主流程,及针对易失超危险区的优化建议。     

基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器

本文提出了一种基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器,它主要由内金属圆环和外压电陶瓷复合材料圆环组成.首先利用Newnham串并联理论和均匀场理论推导了2-2型压电复合材料的等效参数;其次利用解析法得到了金属圆环和径向极化压电复合陶瓷圆环径向振动的机电等效电路;最后得到了换能器的六端机电等效电路,从而得到了换能器的频率方程.接着分析了换能器共振频率和反共振频率以及有效机电耦合系数与几何尺寸、两相体积占比的关系,采用仿真软件对新型换能器的径向振动进行了数值模拟.结果表明,利用解析法得到的共振频率和反共振频率与数值模拟结果吻合较好.此外,对换能器在水下的辐射声场进行了仿真研究,结果表明新型复合材料径向换能器相比传统纯陶瓷径向换能器,发射电压响应幅值更大,工作带宽提高接近一倍,声匹配更佳.     

基于多物理场耦合分析的压接型IGBT散热器多目标优化

为研究处于电磁场、温度场和应力场相互耦合的多物理场环境下的压接型IGBT水冷散热器热阻、流阻及表面压力分布特性,结合ANSYS软件,提出一种在电磁–热–应力多物理场耦合环境下水冷散热器多目标优化方法。在满足表面压力的前提下,以水冷散热器热阻、流阻最小化为优化目标。采用Kriging方法构建响应面模型,利用AMGA优化算法对水冷散热器内部流道结构进行多目标优化设计,计算出了最优方案。搭建试验平台对仿真分析结果进行试验验证,证明文中对压接型IGBT水冷散热器的多物理场耦合分析方法可以指导多物理场下的水冷散热器的设计。     

一类新的复合场方程及解

采用5维空间4+1分解的方法建立了标量场、电磁场和引力场的复合场方程,并给出了一个复合场方程的静态球对称解 当标量场及其与电磁场的耦合不存在时(β=0),此解退化为ReissnerNordtstrom度规.还给出了标量场和电磁场产生的复合场源流密度矢量的表示式 关键词：     

基于CompactDAQ的多通道温度测量实验及COMSOL模拟

本文设计了一个适用于本科教学的虚实结合物理实验.将四个不同阻值的金属膜电阻串联,包裹海绵保温材料.将电阻通电加热,利用NI CompactDAQ机箱和NI C系列热电偶模块设计多通道温度数据采集系统,测量四个电阻侧表面的温度随时间的变化关系.构建电阻加热的物理模型,利用COMSOL多物理场耦合软件的固体传热模块进行定量...     

多基元聚焦空气耦合超声换能器*

文中针对空气耦合超声换能器及其在表面缺陷检测中的应用开展了研究。选用1-3型压电复合材料及双匹配层结构来实现超声换能器压电材料与空气之间声阻抗的逐渐过渡,提高压电材料/空气界面的声能量透射率进而提高空气耦合超声换能器的灵敏度。在此基础上研发制作了440 kHz多基元聚焦空气耦合超声换能器,并对其性能进行了测试。其焦距、焦宽及焦深分别为41.44 mm、1.14 mm和20.30 mm,灵敏度和带宽分别为-50 d B和20.2%。测试结果表明该空气耦合超声换能器具有优良的性能,利用该超声换能器可以有效检测材料表面缺陷。     

声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化*

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。     

在线超声检测系统中螺旋线圈换能器的应用

针对在线车轮超声检测系统的工程应用,研究了圆形螺旋线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场.给出了涡流、等效表面力源和辐射声场的计算方法,分析了圆形螺旋线圈换能器在钢试块上的辐射指向性.结果表明,辐射的圆周径向偏振横波为两边瓣中空指向性,对理解圆形螺旋线圈换能器的辐射声场和在重载货车车轮轮辋在线辋裂缺陷...     

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In order to optimize the process of plasma spheroidization of the lithium micro-powder, a 2-D model of inductively coupled thermal plasma torch is presented. The calculating domain of the electromagnetic field is extended to the air region outside the plasma discharge region and multi-physics coupling calculation was performed by using COMSOL software. The plasma electromagnetic field, temperature and velocity distributions are obtained. The physical mechanism of distributions is analyzed. The simulation found that there are two sets of symmetrical reflux vortices in the coil section of the plasma region. The velocity distribution which locates in the center of coil section and closes to the wall of confinement tube is in disorder. The plasma particles hit the wall along the radial direction. Disorderly flow may cause a rupture area along the circular tube wall. Based on the simulation results, it is proposed that in the process of inductively coupled plasma spheroidization, powder injection port can be moved down to avoid the upper reflux vortex.     

几组特殊形状永磁体的磁场及梯度COMSOL分析

利用COMSOL"静磁场,无电流"的应用模式给出了相对放置的永磁条、具有磁回路结构的磁轭磁极、环形磁体的磁场分布图,并分析了这3组磁体的磁场和梯度情况,更关注于均匀磁场和恒梯度磁场的分布情况。     

过共晶铝硅合金电磁分离粗硅机理再讨论

本文通过试验和分析发现当前存在的两种关于初晶硅从过共晶铝硅合金中分离初晶硅的机理存在一定缺陷。通过配置ω(Si)=0.45的过共晶铝硅合金在3 kHz感应炉中精炼冶金级硅后以10μm·s-1速度进行定向凝固,得到试验所需的样品图。同时,为了探究在精炼过程以及下拉过程中初晶硅的富集情况,采取不同下拉距离以及淬火的方式探究在定向凝固前期过程中初晶硅的赋存状态.通过金相显微镜观察各种条件下初晶硅的赋存状态。利用相图分析出铝硅熔体在定向凝固过程中的性质。同时,使用商业软件COMSOL Multiphysics对过程中的温度场、流场以及磁场分布进行模拟.对分离机理做了更加完善的解释。     

Sound field of an electromagnetic acoustic transducer

The characteristic of radiated sound field excitated within a non-ferromagnetic aluminum by an electromagnetic acoustic transducer consisting of circle-spiral coil and vertical bias magnetic field is studied.This article presents an improved force source model according to the principle of electromagnetic induction.Then the analytic displacement solution of sound field produced by that force source model is deduced.The tangential and normal directivities of shear and longitudinal sounds are calculated numerically and compared with experimental results.Experimental results conform well to the theoretical prediction,which not only shows that the electromagnetic acoustic transducer of this conformation has a good directivity of vertical shear-wave radiation,but also confirms the given force source model is effective to describe the actual physical behavior of the probe.Theoretical and experimental study lays a foundation for optimization design and engineering application of the electromagnetic acoustic probe.     

声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源     

跑道线圈换能器在铁路重载货车探伤中的应用*

针对在线车轮超声探伤系统的工程应用,研究了跑道线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。根据外磁场和线圈配置,将表面力源近似为非均匀的水平剪切力源,数值计算得到了此力源的辐射声场指向性图,并与实验结果进行比对,结果表明辐射的水平偏振横波具有中间强两侧弱的指向性,对理解跑道形电磁线圈超声换能器的辐射声场和在重载货车车轮辋裂缺陷探伤中的工程应用具有一定的指导意义。     

Semi-infinite cohomology in conformal field theory and 2D gravity

We discuss various techniques for computing the semi-infinite cohomology of highest weight modules which arise in the BRST quantization of two dimensional field theories. In particular, we concentrate on two such theories - the G/H coset models and 2D gravity coupled to c ≤ 1 conformal matter.