基于電磁波的光的干涉模擬

簡介

光的干涉是指采用分束器將一束單色光束分成兩束后,再讓它們在空間中的某個區域內重疊,將會發現在重疊區域內的光強并不是均勻分布的:其明暗程度隨其在空間中位置的不同而變化,最亮的地方超過了原先兩束光的光強之和,而最暗的地方光強有可能為零,這種光強的重新分布被稱作“干涉條紋”。兩束電磁波的干涉是彼此振動的電場強度矢量疊加的結果,而由于光的波粒二象性,光的干涉也是光子自身的幾率幅疊加的結果。

簡介

光的干涉是指采用分束器將一束單色光束分成兩束后,再讓它們在空間中的某個區域內重疊,將會發現在重疊區域內的光強并不是均勻分布的:其明暗程度隨其在空間中位置的不同而變化,最亮的地方超過了原先兩束光的光強之和,而最暗的地方光強有可能為零,這種光強的重新分布被稱作“干涉條紋”。兩束電磁波的干涉是彼此振動的電場強度矢量疊加的結果,而由于光的波粒二象性,光的干涉也是光子自身的幾率幅疊加的結果。

創新點

1.papadakis碳化方程參數選擇過多,且不易確定,本文通過對該經典方程的簡化,得到易于求解的碳化方程。

2.混凝土關于碳化的耐久性的問題一般都是通過碳化深度來表征,但是當涉及的到碳化與其他有害離子(氯離子,硫酸根)耦合對混凝土耐久性評估的情況下,建立碳化方程和數值模擬就出現了不可替代的作用,這是因為碳化過程導致混凝土內部物質的改變從而導致孔隙率和對其他離子結合效應的改變。

3.通過自己的實驗對該方程進行驗證,從而可以看出該方程的適用性和COMSOL求解的可操作性。

基于COMSOL的無線電能傳輸建模研究

簡介

根據電能傳輸實現原理可以將無線電能傳輸分為基于電磁感應原理的無線電能傳輸技術、通過天線發送和接收原理的電磁波能量傳輸技術,即 RF無線電波技術、利用電磁場的共振原理的電能傳輸技術、激光技術、微波技術、基于電場原理的容性非接觸電能傳輸技術這六種無線電能傳輸技術。無線電能傳輸實現了電源與用電設備間的電氣隔離,具有安全、靈活、可靠等優點,得到了國內外學者的廣泛關注。尤其是在2007年麻省理工學院(MIT)發現了磁諧振耦合式無線電能傳輸技術時將無線電能傳輸的研究推向了一個嶄新的階段,引起了新一輪研究無線電能傳輸的熱潮。

在研究無線電能的過程中免不了仿真軟件的使用,常通常從兩個方面進行仿真,一是電路方面,即通過PSPice、MATLAB等電路仿真軟件進行電路驗證。二是從磁路方面,通過Maxwell等軟件對磁路進行磁場驗證。對于一般的研究或許僅僅需要電路仿真就行,但對于特殊磁路的研究往往要兩相結合,尤其是在需要進行搭建平臺進行試驗驗證時。

本案例用COMSOL軟件搭建一個無線電能系統,主要通過磁路、電路兩個物理場兩無線電能傳輸中的電路仿真與磁路仿真結合起來。先對磁路進行仿真,根據理論設計利用COMSOL來選擇線圈線徑、線圈匝數及相距距離,同時觀察磁場參數,對是否選用磁心做出指導。再添加電路進行仿真驗證,是否符合設計要求。此種方式可以集合MATLAB與Maxwell的功能與一身,方便快捷。

創新點

采用一個軟件進行了兩個軟件的工作,當然在本案例中對無線電能傳輸系統進行了簡化,直接加的正弦源激勵沒有進行工頻交流電整流濾波逆變環節,同時也省略了輸出整流濾波。但是為一個新的思路,磁場可以對實際實驗時線圈的繞制與距離以及是否需要磁芯進行指導,電路可以對設計結果進行驗證。往后還可以在其中添加固體傳熱物理場對系統發熱進行仿真模擬。

平板電容器邊緣效應有限元與解析結合解法

簡介

平板電容器是由兩個彼此靠的很近的電極極板組成,當極板半徑r遠遠大于極板間隙d時,可忽略邊緣效應,認為極板內部電場均勻,此時平板電容器的電容值為C=εA/S,其中A為極板的面積。當上述條件不能滿足時,計算平板電容器的電容值時就不能忽略邊緣效應對其的影響。Shiree Burtd, G J Sloggett等人[1-4]已經通過解析的方法計算了考慮邊緣效應時平板電容器的電容值。而通過COMSOL計算平板電容器邊緣效應時,由于不同的邊界條件會影響電容器外部電場分布,進而影響電容值的計算。

案例庫[5]考慮的零電荷邊界條件和懸浮電位邊界條件對電容值的影響。本文在此基礎上,增加另外兩種邊界條件方案,一種是解析與有限元結合邊界條件,另一種是通過設置無限單元域并設置外表面接地。分析比較不同邊界條件方案的計算結果,最后通過理論公式計算了電容值的近似解析解。

創新點

1.采用有限元和解析結合的方法設置邊界條件,更好的理解有限元計算物理模型;

2. 采用無限單元域的方法,最大限度的使計算域擴展至無窮大的空間,從而模擬平板電容器邊緣彌散電場;

3. 比較理論計算值和有限元計算值,增加有限元計算結構的可信度。

基于壓電模塊的超聲速流量

簡介

目前對流速的測量基本是基于聲學的方法,超聲波利用其自身的定向性高的特點而用來進行聲學檢測。通過向有液體流動的管腔內發射超聲波,再對接受位置進行檢測信號,根據信號時差即可以得到流速。壓電裝置可以利用自身的物理屬性,將穩定規則的電信號裝化為壓力信號,從而形成定向傳遞的壓力波。

創新點

在傳統簡化模型上加上了壓電裝置,讓激勵源更加接近實際工程領域,同時可以對壓電裝置進行參數研究,有效提高超聲波流量計的設計。

Sajben進氣道中的超聲速流動

簡介

在航空航天領域,通常將馬赫數大于1以上的速度稱為超聲速。而目前以吸氣式發動機及其組合發動機為動力是實現高超聲速飛行器核心技術[1]。采用吸氣式推進系統的超聲速飛行器具有更高的比沖、更大的有效載荷、更遠的航程、更輕的結構和更經濟的飛行成本,在未來軍事、民用上扮演重要角色[2]。對于超燃沖壓發動機而言,由于對空氣的壓縮和提供足夠的空氣流量都是由超聲速進氣道完成,其性能的好壞是超燃沖壓發動機工作成功與否的關鍵[3]。因此,探索超聲速進氣道內的氣流流動情況,對更好實現超聲速推進有著重要的意義。在上個世紀70年代,美國對兩個二元高超聲速進氣道構型進行了風洞實驗研究,研究進氣道內氣流流動問題[4];南京航空航天大學在高超聲速進氣道設計、實驗和仿真等方面開展了深入研究,得出了氣流流動與進氣道設計的一定規律[5-6]。

本文主要對收縮和擴張噴管中的高速湍流氣體流動進行數值模擬,并與M.Sajben和其同事的許多實驗和仿真研究[7-12]結果進行對比,很好的符合相關的參考文獻數據,得出對于一定的來流速度和進口總壓,進氣道尾噴管的出口壓力越低,內部流動會出現更強的正激波,從而導致擴張部分出現正激波引起的氣流分離,嚴重影響超燃沖壓發動機工作性能,為今后設計超聲速進氣道提供一定的基礎。

創新點

(1)本文運用COMSOL軟件對收縮和擴張噴管中的高速湍流氣體流動進行數值模擬,很好的符合了M.Sajben和其同事的許多實驗和仿真研究[7-12]相關數據,表明COMSOL軟件的運用價值。

(2)得出對于一定的來流速度和進口總壓,進氣道尾噴管的出口壓力越低,內部流動會出現更強的正激波,從而導致擴張部分出現正激波引起的氣流分離,嚴重影響超燃沖壓發動機工作性能,為今后設計超聲速進氣道提供一定的基礎。

80T脈沖強磁體仿真模型

簡介

強磁場作為一種科學研究的極端條件,是現代實驗物理研究中最有效的工具之一,為發現新效應、產生新概念提供了更多的科學機遇。1985 年諾貝爾物理學獎“量子霍爾效應”、1998 年“分數量子霍爾效應”以及 2004 年諾貝爾生理醫學獎“核磁共振成像技術”就是強磁場在現代科學研究中重要地位的集中體現。科學界普遍認為,強磁場在生命科學、材料科學、物理學、信息科學等若干學科領域將產生非常深遠的影響。更有科學家深信,強磁場的發展會實現某些學科領域的重大突破。

創新點

模型中充分考慮了磁體的集膚效應,渦流效應,磁滯電阻效應,將電路、磁場、溫度場和結構場耦合,得到了完整的磁體放電過程。

非均質地層中孔隙率和滲透率耦合作用下

地下巖層滲流場分析

簡介

地下巖層中流體的滲流問題與實際工程有直接關系,例如核廢料深部處置中有毒流體的逸散、油氣水力壓裂中流體的運移,隧道和地鐵開挖中巷道內滲水等等。地下巖層流體的滲流一般遵循達西定律,流體沿著固體顆粒之間的空隙通道移動,流體和固體的相互作用,固體顆粒之間的空隙和裂隙形成流體的通道,流體作用會擴大巖石內部的空隙和裂隙大小。流體的流動過程中巖石會發生空隙率和滲透率的耦合變化。

創新點

二步耦合:PDE和Darcy定律的耦合,Darcy定律中滲透率和孔隙率的耦合。