贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州贵阳 550025
介绍并分析了一种新型的电介质基底, 旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构, 由 FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成, 其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响, 采用球形马铃薯为研究对象, 利用 COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程, 并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明: 相比于不加载基底直接加热, 加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了 40%以上。最后, 进行实验测试验证计算的有效性, 实验结果表明: 实验测试与仿真计算结果一致, 温度上升曲线吻合较好, 使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。
微波加热 球形介质 非对称结构 多物理场仿真 加热均匀性 microwave heating spherical medium asymmetric structure multi-physics field simulation heating uniformity 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1342
光机热仿真分析是预测光学系统光学性能及结构优化的有效手段，本文提出了一种基于有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics，耦合固体传热学、固体力学以及几何光学的多物理场耦合建模方法，实现了离轴四反光学系统的光机热一体化仿真，避免了传统的光机热仿真分析在不同软件间信息传递和转换的过程，提高了仿真的集成性。本文针对离轴四反光学系统构建其多物理场耦合仿真分析模型，分析了光学系统在不同温度条件下的结构变形和光学镜面变形，并通过光线追迹和点列图判断光学性能变化，为后续开展光学系统的优化提供了一种有效手段。
离轴四反光学系统 多物理场 光机热仿真 光学性能 off-axis four-mirror optical system, multi-physics COMSOL
中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川 广汉618307
为精准还原单脉冲激光褪漆过程，建立了单点褪漆有限元计算模型，分析了激光褪漆的温度场和热应力场变化规律，通过生死单元技术实现了漆层形貌仿真还原，并完成了不同功率的激光试验对比验证。结果表明：单脉冲激光褪漆过程中，温度判据决定最大烧蚀形貌深度，热应力判据决定最大烧蚀形貌宽度。所提多物理场分析模型获得的褪漆形貌与试验的平均贴合度达到93.3%，较传统单温度场的仿真形貌精度提高6.5%，该研究对实际激光褪漆工艺具有较好的指导与应用价值。
激光技术 单脉冲激光 多物理场 生死单元 褪漆形貌 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514001
强激光与粒子束
2023, 35(7): 076003
1 湖北江城实验室，湖北 武汉 430205
2 武汉大学物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
3 武汉大学微电子学院，湖北 武汉 430072
4 武汉大纳米科学与技术研究中心，人工微结构教育部重点实验室，湖北 武汉 430072
光热电效应是近年来涌现的一种新型的光电探测机制，具有可零偏压工作、宽谱响应、不受带隙限制的优点，在红外和太赫兹波段具有广阔的应用前景。随着纳米材料中热载流子的高效利用以及对室温长波探测需求的增加，光热电效应研究近年来发展迅速，涌现出一系列新材料和新型器件设计方法。在近年来已发表的光热电效应综述文章的基础上，本文重点对光热电效应的机理、仿真、材料相关参数测量方法、器件设计，以及探测性能近三年的进展进行了梳理和总结，希望能给相关领域的研究人员提供有益参考。
探测器 光热电效应 热载流子 塞贝克效应 多物理场模型
1 西安电子科技大学 微电子学院, 西安 710071
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
基于硅通孔(TSV)技术, 提出了应用于三维集成电路的三维螺旋电感。在实际应用中, TSV电感存在电场、温度场和力场之间的相互耦合, 最终会影响TSV电感的实际电学性能。考虑P型和N型两种硅衬底材料, 采用COMSOL仿真软件, 对TSV电感进行多物理场耦合研究。结果表明, 在P型硅衬底情况下, 多物理场耦合的影响更大, TSV电感的电感值和品质因数的变化率可达14.13%和5.91%。
硅通孔 多物理场 三维集成电路 through-silicon via multi-physical field COMSOL COMSOL three dimensional IC
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031018
1 海军工程大学 动力工程学院, 武汉 430033
2 武汉工程大学 热科学与动力工程研究所, 武汉 430205
3 武汉工程大学 机电工程学院, 武汉 430205
基于构形理论和多物理场耦合数值计算方法,建立了自然对流条件下均匀产热的多芯片组件模型,给定印刷电路板面积和芯片总占地面积为约束条件,分别以最高温度、最大应力和最大形变为优化目标,以芯片个数及芯片长宽比为设计变量,研究了芯片布局演化对系统性能的影响。结果表明: 不同优化目标下,最优构形均为芯片长宽比为2.1的8芯片布局方式,多芯片组件的最高温度、最大应力和最大形变分别最多可降低16.5%,28.3%和26.9%。对芯片个数和芯片长宽比双自由度的优化效果要明显优于仅对芯片长宽比的单自由度优化。
构形理论 多芯片组件 对流冷却 热设计 多物理场耦合 constructal theory multi-chip module convective cooling thermal design multi-physical field coupling
1 中国科学院力学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院大学工程科学学院, 北京 100049
通过耦合温度场、熔池流场、多组分浓度场建立三维数值模型,并结合正交参数设计与极差分析研究了工艺参数对Ni/304SS激光传导焊接中接头元素重分布的影响。以Fe元素为研究对象,量纲分析结果表明,焊接过程中合金元素的输运机制由熔池对流主导。用流入Ni侧的Fe元素平均含量表征熔池中的元素分布情况,设计了L25(5 3)正交模拟实验,并通过极差分析研究工艺参数的相对重要性。结果表明,扫描速度的极差为9.45%,光斑偏移量的极差为9.17%,功率的极差为1.11%。流入Ni侧的Fe元素平均质量分数与扫描速度负相关,与偏移量正相关。此外,适当降低扫描速度并将光斑向304SS侧偏移有利于Fe元素的稀释,使其分布更均匀。
激光技术 激光焊接 数值模拟 多物理场模型 元素分布 工艺参数 中国激光
2021, 48(18): 1802013
