近场直写静电纺丝电场仿真与路径规划分析

目的由于在静电纺丝过程中射流的鞭动现象会严重影响纺丝的质量,无法实现图案的精准化沉积和高分辨率的喷墨打印,需要探究减小射流鞭动现象的方法。方法首先采用COMSOL Multiphysics多物理耦合场有限元仿真软件,对纺丝过程中有无添加辅助电极情况下的电场场强大小和分布进行模拟分析,随后通过实验进行对比验证,并根据结果设计一套适用于近场直写微纳喷印的纤维薄膜打印数控系统,实现纳米纤维的重复沉积,进行纤维薄膜的打印。结果实验采用质量分数为8%的聚氧化乙烯(PEO)溶液作为纺丝溶液,注射器及喷丝针头容量为2.5 m L,针头外径为0.6 mm,长度为12 mm,注射泵流量设置为0.5?L/min,2台高压电源设置的电压均为1.01 k V。实验结果表明,未添加辅助电极时,纤维容易出现卷曲,而添加辅助电极后,纤维细直不卷曲。结论利用平行辅助电极将工作电场集中在所需范围内,使电场尽可能实现垂直地从喷丝针头到接收基板,能有效减小纺丝射流的鞭动现象给稳定沉积带来的不良影响,可实现聚合物溶液高分辨率的喷墨印刷,能够实现图案的精准化沉积。     

基于 COMSOL 的包装食品微波炉加热模拟

目的研究使用COMSOL Multiphysics模拟微波炉加热包装食品的可行性。方法应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了食品介电性能随时间变化的电磁-热传导双向耦合模型,考虑加热过程中的表面热对流,模拟微波炉加热包装食品的过程,并与实验结果进行比较。结果食品内外温度分布的实验结果和模拟结果总体上接近,7个特征点的模拟结果和实验结果接近,特征点最终温度的实验结果与模拟结果均方根误差为1.75℃。结论使用COMSOL Multiphysics来进行微波炉加热包装食品的模拟是可行的。     

基于COMSOL的纸浆模塑干燥模拟及验证

目的 研究采用COMSOL Multiphysics模拟纸浆模塑干燥效率及厚度变化的可行性。方法 基于多孔介质理论,应用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立纸浆模塑干基含水率随时间变化的热湿、水分流动、非等温流动多物理场耦合模型,考虑干燥中含湿多孔介质的湿空气热对流及多孔基体的热传导,模拟在热板加热条件下纸浆模塑的干燥效率和厚度的变化,并与实验结果进行比较。结果 模型内域探针所得模拟结果与实验结果具有良好的一致性,在干燥后期厚度预测误差范围为0.4%～7.7%,干燥效率预测差异值最低为4.3%。结论 采用COMSOL Multiphysics模拟纸浆模塑干燥过程可行。     

静电纺丝运动轨迹的建模与仿真研究

静电纺丝作为一种简单而有效的方法,广泛应用于纳米纤维的制备.本文以静电纺丝过程中带电溶液为对象,将带电溶液模拟成多个离散化的带电粒子,对带电粒子进行受力分析,建立带电粒子的分子动力学模型.基于Runge-Kutta算法,对带电粒珠的运动轨迹进行了数值计算,并利用MATLAB软件进行了仿真.改变静电纺丝工艺参数,得到了带电粒珠的不同运动轨迹的仿真图像.在相同的工艺条件下进行了纺丝实验,实验所制备的纳米纤维轨迹与仿真图像相一致.分析结果表明,静电纺丝过程中,改变工艺参数可以实现纳米纤维的运动轨迹的可控.     

食品冷藏保温箱温度场模拟与实验验证

目的 研究食品冷藏保温箱在冷食冷藏工况下内部温度场的分布情况,验证保温箱温度的分布以及保温性能是否达到设计要求。方法 采用有限元方法,使用COMSOL Multiphysics构建食品冷藏保温箱热分析模型,按照冷食冷藏的工况进行温度场模拟仿真,再通过实验验证模拟结果的准确性。结果 模拟结果显示,食品冷藏保温箱内部餐盒装满0 ℃食品时,在外界环境温度为46 ℃的高温条件下贮存4 h后,食物温度由上至下递增,食物平均温度为5.55 ℃。实验结果显示,食物平均温度为6.65 ℃,均低于10 ℃。模拟结果与实验结果的平均误差为1.1 ℃。结论 食品冷藏保温箱餐盒内食物温度实验数据与模拟数据变化趋势基本一致,用数值模拟方法分析保温箱温度场可行有效。蓄冷板对提高食品冷藏保温箱保温效果有较大作用,保温性能可满足设计要求。     

基于COMSOL Multiphysics的目标磁特性仿真分析

针对潜艇等薄壳类磁性目标的磁场仿真问题,提出基于COMSOL Multiphysics有限元软件的多模型磁场仿真方法。首先对比分析空心球体模型磁场的理论计算值和仿真值,相对误差优于1%,验证采用该仿真方法解决薄壳物体磁场的准确性。然后将潜艇等效为空心圆柱体模型,通过COMSOL软件仿真得到其磁场的大小和分布,其中400m处磁场为n T级,在目前磁传感器的探测精度以内。最后在同一坐标系下建立探测飞行模型,包括潜艇和飞机几何体。采用离散取点的仿真方法实现多目标模型磁场的仿真,仿真结果与单潜艇模型下基本一致,相似度达到95%,对磁目标探测仿真具有一定的借鉴意义。     

基于连续激光加热法测量金属材料的比热容

提出了一种基于连续激光加热测量金属材料比热容的方法。建立有限尺寸试样在连续加热条件下的传热和准稳态测量模型,使用COMSOL Multiphysics仿真软件进行数值模拟验证。考虑实际测量过程中金属试样存热损失,对模型进行了热损失修正,仿真验证了在试样表面综合传热系数小于80W/(m2·K)的情况下,修正后的测量模型偏差小于±0.81%。使用532nm连续激光器作为加热源,加工了TC4钛合金、316L不锈钢、45钢、7075铝合金和T2紫铜等金属试样并在试样上打微孔,对受热面喷涂石墨,使用极细K型热电偶对试样内部温升进行测量,并使用T2紫铜的参考值对系统参数进行标定。实验结果表明,在常温下实验装置的测量重复性优于0.91%,各金属试样测量结果平均值与数据手册参考值的相对偏差均小于±3.1%。测量结果相对扩展不确定度为U=3.66%(k=2)。     

超声驻波悬浮特性仿真研究

为了研究驻波悬浮器参数对声悬浮能力大小的影响,使用多物理场有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,对驻波声场进行仿真.通过改变谐振腔长度来影响驻波形成条件,得出驻波声压随谐振腔长度的变化关系;在特定超声频率及振幅下,通过控制超声换能器及反射面的尺寸,得到声压随悬浮器尺寸改变的曲线,从而获得最佳悬浮效果所需的模型参数;使用粒子追踪模块,仿真粒子在声场中的悬浮情况,并以可视化方式展示结果,反映出粒子悬浮位置与声压分布的关系.     

间接制冷系统中热回收装置的性能研究

结合实际工程项目,基于COMSOL Multiphysics软件对间接制冷系统的热回收水箱进行了数值模拟仿真和试验测试,分析了热回收水箱的换热性能。对比分析试验结果与模拟结果,得出了模拟值与测量值最大温差为4 K,温差范围在1.3%内,试验结果验证了模型的可靠性,该模型具有一定的参考价值。根据试验结果和数值模拟结果对换热水箱进行了优化设计,提高了热回收水箱中温度分布的均匀性。     

聚乳酸的静电纺丝行为及其纤维结构研究

用静电纺丝法制备了纤维平均直径为350～1900nm的聚乳酸纤维,用扫描电镜研究了纤维的形貌,并用实验设计方法研究了纺丝工艺参数(溶液浓度、电场电压)对纤维平均直径的影响,同时用差示扫描量热分析和X射线衍射研究了静电纺丝所得纤维的结构.研究结果表明:溶液浓度对纤维的平均直径有较大的影响,溶液浓度较低时易形成珠状结构的纤维,纤维的平均直径随着聚合物浓度的增大而增大,并随电场电压的增大而减小.与浇铸膜相比,静电纺丝所制得的纤维有较低的结晶度,并且结晶结构不够完善.由静电纺丝制备的聚乳酸纳米纤维膜在组织工程和药物缓释等领域有潜在的应用前景.     

超声波振动在静电纺丝技术中的应用

使用自行设计的振动静电纺丝设备分别对聚丙烯腈（PAN）和聚氧乙烯（PEO）进行了振动纺丝实验，实验结果表明，使用具有振动力场作用的静电纺丝设备，对于普通静电纺丝可以纺的溶液，纺出的纤维直径明显降低；对于粘度过高普通静电纺不能纺丝的聚合物溶液，可以进行纺丝。     

碳纤维主梁风电叶片雷电防护仿真模拟与试验研究

用COMSOL Multiphysics数值仿真软件对一款碳纤维主梁叶片防雷系统雷电的附着点和雷电流损伤进行了仿真模拟,并对具有该防雷系统的碳纤维叶片进行初始先导附着试验和电弧注入试验。仿真与测试表明,雷电流主要在铜网上传播,电流在折叠金属铜网上分布不均匀,铜网较厚处的电流密度大于较薄处的电流密度,距离注入点近的铜网的电流密度更大,雷电电弧引入时,铜网上会产生轻微熔蚀,碳纤维大梁不会产生热损伤。试验数据与仿真结果吻合,进一步验证仿真模拟的有效性和仿真结果的正确性。     

电流密度对微/纳结构电铸成型模芯质量的影响

利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics,模拟微/纳结构电铸过程中阴极表面的电场分布,研究不同电流密度下微/纳结构表面的电场分布及电铸层生长前沿情况。仿真结果表明:采用较低的初始电流密度,可有效改善微/纳结构生长前沿铸层厚度的均匀性。选用纳米光阑和纳米柱阵列2种微/纳结构母板进行电铸实验,将初始电流密度从4A/dm2调至1A/dm2,纳米光阑母板成型最大误差60nm降至±20nm之内。通过合理设置初始电流密度、增强阴极表面溶液流动强度等措施,纳米柱阵列模芯特征直径尺寸误差由6.27%下降至2.49%,有效提高电铸模芯的复制质量。     

静电法超细纤维的性能与应用研究

静电纺丝即是高聚物熔体或溶液在外加电场作用下连续生成直径在亚微米级的超细纤维过程。文中扼要地介绍了静电法超细纤维的生产原理、设备、生产过程及近几年来国内外静电纺丝的各种产品(主要包括聚环氧乙烷、聚酰胺、聚酯、聚乙炔、聚苯胺、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)；并指出了静电纺超细纤维新的应用领域(如过滤膜、复合材料增强体、防弹衣等)；最后对静电纺超细纤维未来的发展提出设想。     

涂层对静电除尘器电特性的影响

静电除尘器的收尘极板上常常涂有一层防腐防锈涂层,此涂层将影响收尘空间的电场分布,本文研究了静电除尘器的收尘极板上有无涂层时的电场分布特性,并给予实验验证.提出在涂层中添加一定量的导电填料,以改善收尘空间的电特性.     

基于COMSOL的四极质谱离子运动仿真研究

四极杆质量分析器(即四极质谱仪)因其结构简单、价格较低,被广泛应用于各分析测量领域。围绕着四极杆质量分析器的使用要求,基于四极场离子运动理论基础,结合粒子碰撞理论,利用有限元分析软件COMSOL对四极场电压进行了仿真模拟。结合电场仿真的结果,对四极场中离子轨迹进行了仿真研究。仿真分析了压强大小以及a、q值对离子轨迹和通过率的影响。结果表明四极杆质量分析器应在低于10-2Pa压强下运行。在q值不变情况下,a值的增大会导致通过率降低,另外,q值大小对离子通过率也有较大影响。仿真结果为探索四极杆质量分析器的研制可提供理论和技术上的支持。     

静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展

静电纺丝法是在强电场作用下将聚合物溶液或熔体转化为微、纳米结构材料的一种简单有效的方法。通过共混或与传统的溶胶-凝胶法相结合,制备了实心、中空、多孔等多种纳米结构金属氧化物。系统地阐述了近年来利用静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展。     

静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展

静电纺丝法是在强电场作用下将聚合物溶液或熔体转化为微、纳米结构材料的一种简单有效的方法。通过共混或与传统的溶胶凝胶法相结合,制备了实心、中空、多孔等多种纳米结构金属氧化物。系统地阐述了近年来利用静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展。     

静电纺聚醚砜纳米纤维膜的制备及性能研究

配制不同浓度的聚醚砜(PES)纺丝液,在不同纺丝温度和进液速度下,采用静电纺丝技术制备PES纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜观察膜表面的微观形貌,探究纺丝液浓度、进液速度和纺丝温度等条件对纤维的形貌、直径和孔径分布等的影响。结果表明:当纺丝液浓度为28%(质量分数),推进速度为1mL/h,纺丝温度为45℃时,纺丝效果最佳。分别采用电子万能试验机和泡压法滤膜孔径分析仪对优化条件下制得的PES纳米纤维膜的力学性能、通孔孔径及孔径分布进行测试,发现该条件下所得PES纳米纤维膜的弹性模量为33.4MPa,断裂伸长率为38.63%,拉伸屈服应力为3.47MPa;纤维平均直径为0.723μm,平均孔径为3.5689μm,最可几孔径为3.5655μm。静电纺PES纳米纤维膜有望作为高精度滤膜材料使用。     

利用连杆机构实现纸盒折边装置铲刀轨迹的优化设计

目的 在内盒成型机上完成一种折边动作,使某种特定纸盒的内盒围条与面纸能够精准贴合.方法 通过研究连杆机构式折边装置的运动特点,根据特点分析优化设计的方法,以预期轨迹和实际轨迹之间均方根作为优化的目标函数,运用Matlab搜索在限定条件下的最优尺寸.结果 在Adams中建立相应模型进行运动仿真,得到仿真连杆运动轨迹曲线.最后通过将实际需要的设计轨迹和虚拟仿真的轨迹进行对比,发现虚拟轨迹曲线与设计的曲线最大误差为0.36 mm.结论 符合实际生产中对面纸折边的实际需要,验证了优化设计结果的正确性,对纸盒成型行业提供了一定的参考性.