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Simulation and Optimization of Energy Efficiency and Total Enthalpy Analysis of Sand Based Packed Bed Solar Thermal Energy Storage

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Frontiers in Heat and Mass Transfer 2024年第4期22卷 1043-1070页

作者： Matiewos Mekonen Abera Venkata Ramayya Ancha Balewgize Amare L.Syam Sundar Kotturu V.V.Chandra Mouli Sambasivam Sangaraju Faculty of Mechanical Engineering Jimma Institute of TechnologyJimma UniversityP.O.Box 378JimmaEthiopia Aksum University Shire CampusAksumP.O.Box 1010Ethiopia Department of Mechanical Engineering College of EngineeringPrince Mohammad Bin Fahd UniversityAl-Khobar31952Saudi Arabia Department of Mechanical and Industrial Engineering College of EngineeringMajmaah UniversityAl-Majmaah11952Saudi Arabia NationalWater and Energy Center United Arab Emirates UniversityAl Ain15551United Arab Emirates

This study is focused on the simulation and optimization of packed-bed solar thermal energy storage by using sand as a storage material and hot-water is used as a heat transfer fluid and storage as *** analysis has been done by using the COMSOL multi-physics software and used to compute an optimization charging time of the *** that control this optimization are storage height,storage diameter,heat transfer fluid flow rate,and sand bed particle *** result of COMSOL multi-physics optimized thermal storage has been validated with Taguchi ***,the optimized parameters of storage are:storage height of 1.4m,storage diameter of 0.4 m,flow rate of 0.02 kg/s,and sand particle size 12 *** these parameters,the storage diameter result is the highest influenced optimized parameter of the thermal storage fromthe ANOVA *** nominal packed bed thermal storage,the charging time needed to attain about 520 K temperature is more than 3500 s,while it needs only about 2000 s for the optimized storage which is very significant *** charging energy efficiency of the optimized is greater than the nominal and previous concrete-based storage by 13.7%,and 13.1%,respectively in the charging time of 2700 s.

关键词： Optimization solar thermal energy storage Taguchimethod comsolmultiphysics packed bed thermal storage charging time

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机场混凝土道面微波除冰仿真与试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2017年第12期48卷 3366-3372页

作者：陆松许金余白二雷刘俊良空军工程大学机场建筑工程系陕西西安710038 西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072

分析微波频率和道面材料特性对机场道面微波除冰效率的影响。运用COMSOL Multiphysics建立微波除冰仿真模型,采用自主设计的微波除冰装置进行试验研究。以混凝土表面升温至0℃的升温速率作为除冰效率的评价指标。研究结果表明:微波能够... 详细信息

分析微波频率和道面材料特性对机场道面微波除冰效率的影响。运用COMSOL Multiphysics建立微波除冰仿真模型,采用自主设计的微波除冰装置进行试验研究。以混凝土表面升温至0℃的升温速率作为除冰效率的评价指标。研究结果表明:微波能够透过冰层加热混凝土,使冰层与混凝土表面脱离;相对于频率为2.45 GHz微波,频率为5.8 GHz微波穿透深度降低到45%,除冰效率提高了5倍左右;相对于普通混凝土,掺入"铁黑"吸波材料的混凝土除冰效率提高了1.8倍左右;仿真结果与试验结果较接近,验证了仿真模型具有较高的准确性,微波除冰方法具有一定的可行性。

关键词：机场道面混凝土路面微波除冰 comsolmultiphysics 道面材料

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雾霾对接触网绝缘子电位和电场分布的影响

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铁道科学与工程学报 2018年第4期15卷 1036-1042页

作者：孙超张友鹏赵珊鹏兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

为研究雾霾环境对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立接触网复合绝缘子的二维仿真模型,依靠有限元软件Comsol计算分析绝缘子在不同雾霾浓度环境下的电位和电场分布。研究结果表明:空气中悬浮的雾霾颗粒在不带电时... 详细信息

为研究雾霾环境对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立接触网复合绝缘子的二维仿真模型,依靠有限元软件Comsol计算分析绝缘子在不同雾霾浓度环境下的电位和电场分布。研究结果表明:空气中悬浮的雾霾颗粒在不带电时会小幅畸变绝缘子沿面电位和电场;当绝缘子附近的雾霾颗粒荷电后,会对绝缘子沿面电位和电场产生明显的影响,不同的雾霾颗粒的浓度,不同的带电极性也会对绝缘子沿面电位和电场畸变幅度产生不同的效果。

关键词：雾霾柱式复合绝缘子静电场有限元法 comsolmultiphysics

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热冲击作用下花岗岩温度场分布规律数值模拟研究

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太原理工大学学报 2018年第6期49卷 820-826页

作者：熊贵明郤保平吴阳春陈路海太原理工大学矿业工程学院太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原030024

基于传热学原理,以常温水、液态二氧化碳和液氮为工质,应用先进的多物理场仿真软件Comsol Multiphysics 5.3a对不同温度下的花岗岩进行了热冲击模拟实验,且在相同条件下进行了花岗岩热冲击实验。模拟结果表明:热冲击作用下花岗岩温度场... 详细信息

基于传热学原理,以常温水、液态二氧化碳和液氮为工质,应用先进的多物理场仿真软件Comsol Multiphysics 5.3a对不同温度下的花岗岩进行了热冲击模拟实验,且在相同条件下进行了花岗岩热冲击实验。模拟结果表明:热冲击作用下花岗岩温度场以波的形式传播,工质接触的面积越大,温度场传播速度越快;热平衡时间随着工质温度的降低而延长,且在花岗岩初始温度400～500℃之间存在一个可能使岩石发生相态转变的温度阈值;热冲击速度随着初始温度的升高而增大,温度梯度随时间增加而先增大后减小,温度梯度越大,热冲击作用越强烈,岩石中热量损失越大;热冲击温度变化曲线可分为温度加速变化、温度减速变化和温度稳定三个阶段。实验结果表明,数值模拟对物理试验起到了补充作用。

关键词：干热岩花岗岩热冲击温度场 comsolmultiphysics 数值模拟

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盐渍土氯离子在混凝土中运移的耦合模型研究

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长江科学院院报 2017年第5期34卷 131-134,140页

作者：高子瑞李淑娥陈志明徐永福上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 南通市公路管理处江苏南通226000

通过Comsol Multiphysics模拟了盐渍土氯离子在混凝土内的运移机制。基于Fick第二定律,研究了考虑电迁移场作用、结合作用以及毛细作用的氯离子运移规律。研究表明:结合作用阻碍氯离子向混凝土内部运移,电势场和毛细作用促进氯离子向混... 详细信息

通过Comsol Multiphysics模拟了盐渍土氯离子在混凝土内的运移机制。基于Fick第二定律,研究了考虑电迁移场作用、结合作用以及毛细作用的氯离子运移规律。研究表明:结合作用阻碍氯离子向混凝土内部运移,电势场和毛细作用促进氯离子向混凝土内部运移;随着氯离子向混凝土内运移,结合作用逐渐减小,初期的电场作用先增加后减小;随时间增加,结合作用与电场迁移作用减小;毛细作用仅在离子侵入初期约1.5 h内影响明显。在结构寿命期内忽略毛细作用,建立综合扩散、电场迁移及结合作用的耦合模型,预测了混凝土结构寿命,模型得到了较好的验证。

关键词：混凝土 comsolmultiphysics 氯离子电场迁移结合作用毛细作用

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基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究

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仪表技术与传感器 2018年第8期 1-5页

作者：刘志平毛艳飞周凯李大强柯亮武汉理工大学物流工程学院湖北武汉430063

文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结... 详细信息

文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结果与试验结果具有很好的一致性。

关键词：贴片天线传感器应变测试 comsolmultiphysics 多物理场仿真应变灵敏度应变传递效率

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基于ADμC812的芯片温度控制系统的研究

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微计算机信息 2007年第25期23卷 43-44,65页

作者：杨才表赵建龙中国科学院上海微系统与信息技术研究所

介绍了一种以PID增量算法为核心,以812为硬件基础的温度控制系统,并给出了硬件电路和软件设计的总体结构。采用模拟软件COMSOL Multiphysics3.2分析控制对象的温度分布能够使控制结果与实际要求更为符合,满足芯片培养细胞的需要。

关键词：温度控制 812 PID comsolmultiphysics

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骨单元多孔弹性力学行为的有限元模拟

骨单元多孔弹性力学行为的有限元模拟

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作者：岑海鹏太原理工大学

学位级别：硕士

在日常生理活动中(例如走路、跑步、跳跃等),骨组织会受到不同形式的循环载荷,其微观结构,我们称之为骨单元(osteon)会直接或间接的感受到这种外载荷,并伴随着内液体的流动,进而改变骨组织宏观特性(骨密度等)来应对这种力学载荷。骨单... 详细信息

在日常生理活动中(例如走路、跑步、跳跃等),骨组织会受到不同形式的循环载荷,其微观结构,我们称之为骨单元(osteon)会直接或间接的感受到这种外载荷,并伴随着内液体的流动,进而改变骨组织宏观特性(骨密度等)来应对这种力学载荷。骨单元内液体压力和流速分布的变化直接影响着骨细胞营养物质与代谢废物的运输与交换、骨内液体流动剪应力、骨内液体流动电位等。同时在受到循环外载荷下,骨单元会产生疲劳微裂缝,它被认为是开启骨重建的主要诱导因素。然而,这一感知与自适过程的机理尚不明确,为此本文以此为出发点,从骨单元入手,建立了骨单元解析模型与有限元模型来探究这一机制。论文主要工作如下:㈠,建立中空的骨单元有限元模型与考虑哈佛管脉动压力的骨单元模型,探究哈佛管脉动压力对骨单元内部液体流动行为的影响,结果表明:⑴如果考虑哈佛管内脉动压力,骨单元内部液体的压力场会相应增加,且随着哈佛管内脉动压力幅值A的增大而线性增大,但是哈佛管内脉动压力频率的变化对压力幅值的变化影响不大,随着频率f的增大相对减小;⑵考虑哈佛管内脉动压力时骨单元内部液体的流速场与不考虑的时候差别不大,且哈佛管内脉动压力的频率f与幅值A的变化同样影响不大。㈡,建立受到不同形式外载荷(轴向压缩、弯曲、非对称载荷)的骨单元有限元模型,探究载荷形式对骨单元内部液体流动行为的影响,结果表明:⑴轴向压缩载荷下,骨单元内部液体对应压力峰值、流速峰值以哈佛管为轴呈现出轴对称分布;而在轴向、非轴对称载荷下呈现中心对称分布;在弯曲载荷下,压力幅值呈反对称分布,但速度幅值呈轴向对称分布;⑵在相同荷载作用下,轴向压缩载荷下产生的压力和速度幅值最大,其次是非轴对称载荷,而弯曲的情况下是最小的。㈢,建立带有不同几何特征的微裂缝(微裂缝形状、长度、宽度、方向)的骨单元有限元模型,探究载荷形式对骨单元内部液体流动行为的影响,结果表明:⑴在等面积下椭圆疲劳微裂缝对应骨单元内部液体流动的影响大于矩形疲劳微裂缝;⑵椭圆微裂缝情形下,随着微裂缝长度的增大,内部液体压力、流速峰值减小。微裂的缝宽度变化,对内部液体压力、流速峰值几乎没有影响。⑶等尺寸下,不同方向的微裂缝对骨单元内部液体的压力与流速的影响存在一个影响区域,大约为骨单元横截面的1/15。

关键词：骨骨单元骨液流动多孔介质弹性力学数值模拟 comsolmultiphysics

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机器人空心螺柱旋弧焊枪研制与工艺试验研究

机器人空心螺柱旋弧焊枪研制与工艺试验研究

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作者：王希凯南京理工大学

学位级别：硕士

针对大直径空心螺柱自动焊接需求,在机器人自动焊系统研究的基础上,提出了空心螺柱旋弧焊接方案,设计全新的旋弧自动焊枪,该焊枪包括步进电机单元、电磁式电弧螺柱焊枪主体、气爪单元、径向对称磁场单元和连杆机构,并根据焊枪特点设计... 详细信息

针对大直径空心螺柱自动焊接需求,在机器人自动焊系统研究的基础上,提出了空心螺柱旋弧焊接方案,设计全新的旋弧自动焊枪,该焊枪包括步进电机单元、电磁式电弧螺柱焊枪主体、气爪单元、径向对称磁场单元和连杆机构,并根据焊枪特点设计了相应的机器人工作站,工作站包括空心螺柱焊枪、六轴工业机器人、柔性焊接平台、拉弧螺柱焊接用电源和旋弧磁场电源,以及相应的控制模块。该工作站可以实现空心螺柱的自动焊接,并提升定位精度、焊接效率和自动化程度。焊枪设计主要包括施加磁场使电弧发生旋转、利用步进电机自动控制螺柱焊拉弧高度、设计气爪夹头、并重新设计焊枪框架结构。焊枪稳定可靠,可以夹持12mm～60mm任意高度,外径在Φ12mm～Φ32mm任意直径的空心螺柱,可以控制拉弧高度在以0.5mm为单位,从0mm～5mm任意调节,径向对称磁场单元可以产生贯穿于螺柱端面的径向对称磁场,使焊接电弧发生旋转,进行旋弧焊接工艺试验。对焊接电弧施加磁场后,电弧形态变化复杂,利用COMSOL Multiphysics构建1:1比例模型,定义材料,模拟磁场在螺柱端面到母材之间的分布情况,并进行粒子、磁场耦合分析,得到不同焊接电流与磁场电流下粒子的运动轨迹,分析得到当旋弧半径大于螺柱半径2mm时可以获得较为优质的焊接接头,并设计了适应该模型的APP,方便进行其他型号螺柱的工艺模拟。通过对各个模块的控制需求分析,设计了利用机器人控制柜直接操控焊枪和焊接工艺的控制方案。其中利用西门子PLC,和EM253模块控制步进电机,NX100控制柜输出信号给PLC,以4位二进制数的形式,0.5mm为单位控制丝杠螺母移动距离,最终控制拉弧高度,同时NX100的输出端子排直接控制电磁阀、焊接电源和旋弧电源的开启与关闭,最终直接通过编写机器人程序完成整个焊接流程。对外径16mm,内径8mm的空心螺柱工艺实验研究,得到最优焊接参数为拉弧高度3mm、预压深度3mm、焊接电流800A、焊接时间为800ms和旋弧磁场电流0.7A,其接头抗剪强度可达到362Mpa,通过工艺对比发现,旋弧磁场应用基本解决了偏弧问题,旋弧磁场电流增加有助于电弧向外扩散的趋势。本研究的主要成果和创新点:在原有焊枪设计的基础上,应用旋弧原理设计了新型自动空心螺柱旋弧焊枪及其控制系统,通过工艺试验,基本解决了空心螺柱偏弧问题,得到焊缝成型美观和抗剪强度高的焊接接头,并根据焊枪结构对旋弧焊接原理进行有限元模拟分析,理清磁场对电弧的作用机理,为其他型号的螺柱工艺试验打下基础。

关键词：空心螺柱旋弧焊 comsolmultiphysics 焊枪磁场机器人

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石油储层岩心微孔变化与流体流动关系的研究

石油储层岩心微孔变化与流体流动关系的研究

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作者：李娜东北石油大学

学位级别：硕士

石油作为一种重要的能源物质，已经被人们大量的开采，因此如何提高石油采收率是一个关键性的问题。石油储层岩心多孔介质孔隙结构的改变对内部流体的动力学特性有着很重要的影响，这种影响与石油采收率的改变息息相关。依据原子力显微... 详细信息

石油作为一种重要的能源物质，已经被人们大量的开采，因此如何提高石油采收率是一个关键性的问题。石油储层岩心多孔介质孔隙结构的改变对内部流体的动力学特性有着很重要的影响，这种影响与石油采收率的改变息息相关。依据原子力显微镜表征原始岩心在纳米—微米尺度上的三维微观结构，准确定量描述了岩心的形态特点。利用Image-Pro Plus软件对获取到的岩心图像进行处理，得到二值图像，通过AutoCAD将二值图像导入到COMSOL Multiphysics软件中，进而获得岩心多孔介质关键点处孔隙直径微小变化对流体的流动速度以及压强所产生的影响。分析结果表明，岩心内流体的流动速度和压强并非跟孔隙直径大小存在简单的比例关系，同时也受到其它孔隙协同变化的影响。岩心内某处的孔隙直径逐渐增大时，此处流体的流动速度呈现增大趋势，压强呈现减小趋势。当其它处孔隙直径逐渐增大时，此处流体的流动速度和压强受到明显影响。若是相似位置处孔隙直径逐渐增大，则此处流体的流动速度呈现减小趋势，压强呈现增大趋势。流体选择较容易通过的路径流过，并且速率图像的波谷位置对应压强图像的波峰位置。若是出口位置处孔隙直径逐渐增大，则此处流体的流动速度呈现增大趋势，压强呈现减小趋势，并且速率图像的波峰位置对于压强图像的波谷位置。进一步分析表明孔隙的大小存在着阈值点，在阈值点两侧微孔中流体的流动速度和压强随孔隙变化的改变规律不尽相同。这些结论对定性和定量确定次生孔隙或次生孔隙变化对三次采油效率的提高的关键因素有很重要的意义。

关键词：原子力显微镜岩心 comsolmultiphysics 速度压强

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