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monnet 2010-6-21 15:04

序言：如果内科医生有一种简单、快捷的一次性的器具，像现在的家用测孕一样，用来探测DNA ，或者拥有其它价格低廉的生物传感器来探寻具体的血蛋白和其他的生物物质，都将在遗传疾病的诊断和治疗上带来到巨大的帮助。随着在基于微流体的芯片实验室概念的提出，这些方案都有望成为可能。图1 Meinhart 副教授（右）和助理研究员Gaurav Soni （左）在实验室中研究一个微流通道器件。加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的Carl Meinhart副教授研究组正在研究如何通过设计新型的微流器件来提高生物探测器的性能实现快速探测生物分子。Meinhart副教授既是一个实验学家，也是一个数值模型专家。他使用COMSOL Multiphysics发展和验证解释实验现象的理论，来确认那些理论和实验结果相吻合。这样以来，为把他的研究成果拓展到多个应用领域，如搅拌、泵浦、微量流体的混合等方面，打下了坚实的基础。他开始微流体的研究是因为考虑到在生物探测器中的应用和巨大的商业潜力。现在对于低浓度样本的测试需要数十个小时，而他发明的一些微通道器件，通过在控制电极上的电压来实现搅拌控制，将会把这个时间缩为原来的十分之一。发现完美匹配在介绍模型建立之前，首先介绍杂交物理过程，就是在互补区域形成碱基对。许多DNA检测就是使用这项技术来探测特定序列的脱氧核苷酸（oligio-nucleotides）的存在浓度。一种探测技术通过微通道表面放置特定已知的单链DNA。微通道器件中的流体把未知单链DNA分子传送到结合表面。如果互补匹配存在，DNA在结合表面上发生杂交，并产生与浓度相关的光或电信号。理论认为DNA扩散到表面会限制杂交的速率，所以探测系统通过微搅拌来加速反应发生。尽管Meinhart博士还没有从实验上证实这个想法，但是他有把握相信，他们的研究组正在研究如何实现这项技术在工业探测器上的应用。为了实现他的新奇的构思，Meinhart博士设计了一个直径为40um，长250um的微通道器件（如图1所以）。没有任何电的激励，分析物的传输到反应表面是比较慢的，因为在通道中的层流平行于反应表面。因此主要传输是通过垂直于流向和表面的扩散过程。如果扩散限制反应的速度，探测的过程将长达10小时左右。图2 流体从微通道的左端流向右端，优化的交流电压施加在底部的电极上来改善结合表面的吸附速率。 Meinhart博士和他的研究组发明了一种方法通过使用交流电动流来改变反应表面附件流体的流向，从而增加分析物的传输速率。他们在结合表面的对面通道壁上放置两个电极。当施加电压时，交流电驱动力在流体中形成了一个涡流，使得更高浓度的分析物向结合表面传输，达到增加反应速率的目的。Meinhart博士解释说：通过设计电极和优化驱动电压，有望把探测时间缩短到原来的十分之一，从10个小时缩短到1个小时。对一个要进行大量的测试实验的实验室来说，时间上的减少意义尤为重大。六个物理过程耦合使用电驱动搅拌流体的方法是相当复杂的，包括许多的物理过程，其中包含着三个主要的物理现象。第一个是双向电泳力，在这个力的作用下，分子在外加电压的作用下形成了类电偶极子。第二个现象就是在流体上的电热力。电极产生了交流电场，形成的非均匀焦耳能量对流体进行加热。电导率和介电常数是温度的函数，因此由于加热形成的这些参数的梯度分布产生了库仑和介电力，这些力充当电热力来改变流体的流向。第三个力的产生是由于电渗作用。流体是导体，所以施加在电极上的电压触发了流体中平衡电势的离子的产生。这导致电极表面附着有一薄层纳米级的离子。电场沿着电极表面的法线方向，如果离子层只有几十纳米厚的时候，电场会有一个小的切向分量，这个渗透力对流体的流向会起到一定的作用。 Meinhart研究组在实验上对这些力进行了研究。他们把实验结果和数值仿真结果进行了比较，来验证不同理论的有效性。建立这样的数值模型非常复杂，因为问题中包含了大量的物理过程，包括电势、电场、温度、电导率和介电常数、流体速率、分析物浓度、以及一阶均相反应。模型同时耦合了六个方程：求解基础静电学的Laplace方程。求解热-能量方程，其中电场作为热源。计算由静电学和温度产生的非线性电热力。求解描述通道内流体速度场的电热力作为源项的Navier-Stokes方程。在电热力方程中，在低频时，主要是库仑力，在高频时，主要是介电力。求解时间相关的传导对流参数方程预测在微通道内分析物悬浮浓度。求解一维均相反应方程并耦合一维结合表面到两维微通道。为了协助建立能包含所有因素的生物探测器的精确数值模型，Meinhart研究组在2000年开始使用COMSOL Multiphysics。在那之前，Meinhart博士说，没有商用的软件包可以解决所有的物理问题。要自己开发研究微通道的代码需要付出许多年时间。然而使用COMSOL Multiphysics，一个有经验的研究人员可能只需要一星期的时间。与此同时，一些其它的具有能处理多物理问题的商业软件包开始出现，但是这些软件包的适用范围都非常狭窄，并不能满足人们研究不同物理问题的需要。即使幸运的找到了一个合适的软件包，却很难把不同的物理问题在一个环境下联合处理。和这些软件不同，COMSOL Multiphysics在这些方面具有非常好的优越性和灵活性。如果不能确定控制方程，可以通过尝试许多方程或者选项或者甚至可以建立自己的方程，直到最终找到合适的方程去解决问题。当内建方程不足 Meinhart博士指出在这个问题里包含的奇耦合，特别是电热搅拌必须考虑到电场、流体的加热、非均匀结合力等因素。当考虑这些效应的时候，他发现没有模块包含着合适的方程。例如在计算DEP力的时候要计算在边界上的一阶和二阶势场导数。在这种情况下，就可以通过自己直接建立自由形式的方程直接导入到COMSOL Multiphysics中进行计算。建立这个模型最具挑战性的部分就是化学方应的处理。Meinhart小组把一维结合表面的几何模型耦合到代表微通道的两维几何模型中。在这两个几何模型上如何耦合物理问题，最初使我们感到很为难。 Meinhart博士说，最终通过学习COMSOL Multiphysics课程中一个和我们很相似的例子之后，解决了我们的问题。我们很快发现这些课程对于建立更高级的模型具有非常宝贵的意义。在他们的模型里，从左端流入向右传输的流体样本中的含有低浓度的生物分析物。在两个电极不施加电压的情况下，流体剖面具有充分发展层流的特征，也就是说，抛物线流速剖面在通道壁上为0。通过流体传输的分析物在反应表面上边界吸附，剩下的分析物随着流体从通道的右侧流出。模型求解稳态流与给定的电场和电热合力的相互作用。作为比较，Meinhart小组仿真了初始浓度为0，流体从通道口注入的动态传输平衡情况。从图2可以看出，当交流电压施加在电极上时，速度剖面不再是抛物线，而方向向结合表面变化。这反映了在电场存在的情况下，分析物浓度向结合表面传输的速度大大加快。研究发现施加在电极上的电压达到14V rms时在最初的几分钟内可以把结合速率提高近5倍。通过COMSOL Multiphysics的仿真，优化电极的几何形状和位置，可以将这项技术应用在众多类型的微流免疫传感器中。图2 在电极上施加特定电压5 秒钟后流搅拌流体流动，使得分析物聚集在反应表面附近的狭窄路径上。图中颜色代表反应分析物的浓度箭头代表速度场。 Meinhart小组为了量化电场对结合速率的增强作用，他们对比了在有无电场的情况下的分析物在反应表面的结合速率，如图3所示。电极上施加10V rms电压，在最初的5秒内边界分析物浓度提高了1.5倍，这个增强作用随着时间的增加逐渐增大。此外，从曲线的斜率可以看出，分析物的结合速率大约是电动流存在情况下的1.5倍。图3 利用COMSOL Multiphysics 绘制的分析物平均浓度和时间的关系图。图中曲线反映了电极上施加10 V rms 信号，在最初5s 内边界分析物浓度提高了1.5 倍，随着时间增加提高倍数之间增加。曲线斜率表示分析物的结合速率，同样是电动流情况下的1.5 倍。快速研发新产品 Meinhart小组使用COMSOL Multiphysics建立模型并正在受益，如同研究结合表面和电极的位置一样，他们可以快速有效的仿真不同几何形状对微通道的影响，他们同样可以研究在不同的激励电压下的情况。这样以来，他们可以快速的优化特定生物探测器应用方面的基本规律，这些应用主要是用来检测注入到各种流体中的分析物。在生物探测器制造业中，COMSOL Multiphysics建立的这些模型催生了基于这项突破性技术的新产品，并更快的把它们推向市场。另外，Meinhart博士作为在生物微机电领域的独立顾问，COMSOL Multiphysics使得他成为了紧密联系基本理论和数值模拟的实验主义者。Meinhart 博士说，相比市场上其他同类产品，COMSOL Multiphysics具有很高的灵活性，这使得它成为我非常有用的工具，因为我从来都不知道未来将要面对什么样的物理问题。 COMSOL在中国，中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)凭借个性化的解决方案、成熟的CAE产品线、专业的市场推广能力以及强有力的技术支持服务赢得了国内众多科研院所以及企业的一致认可，目前国内几乎所有知名大学以及中国科学院下属各研究所都已选择使用COMSOL Multiphysics作为其科研分析的CAE主要工具。随着中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)在全国各地的分公司、CAE技术联合中心、CAE培训中心的成立，为广大客户提供更专业、更周到的本地化技术服务，众多企业也纷纷选用COMSOL Multiphysics作为企业的分析工具，应用全球最先进制造技术，最终增强企业的核心竞争力，保证了企业持续发展。参考文献 S.P.A. Ramos, H. Morgan, N.G. Green, and A. Castellanos, AC electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures, J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 31, 1998, pp. 2338-2353. 关于 COMSOL Multiphysics 和开发团队 COMSOL Multiphysics是一款业界领先的科学仿真软件，主要是利用偏微分方程来对系统建模和仿真。它的特别之处在于它的多物理场耦合处理能力。从事专业科学研究的科研人员也可以开发具有专业用户界面和方程设置的附加模块；现在已经有的模块有化工、地球科学、电磁场、热传导、微机电系统、结构力学等模块。软件可以在多种操作系统上使用，包括Windows、Linux、Solaris、HP-UX等系统。其他可选软件包有CAD输入模块、以及COMSOL化学反应工程实验室等。更详细的介绍可参看中仿科技网站： www.cntech.com.cn COMSOL公司是1986年在瑞典斯德哥尔摩成立，现在已经在多个国家（比利时、荷兰、卢森堡、丹麦、芬兰、法国、德国、挪威、瑞士、英国、美国）成立分公司及办事处。详细信息请登陆 www.comsol.com

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生物医学与多物理场仿真

monnet 2010-6-2 14:11

对于生物医学与多物理场仿真的关系，可以用四点来说明： 1、Innovation Ideas Verify 仿真的最大功用，在于将科研人员平时所思所想，在一个虚拟的时间里进行重现，特别是对于那些比较前沿的领域，而实验条件又难以得到满足之时，却可以在计算机中将它实现。例如，一个骨骼连接部位的受力分析，假设一个人50公斤的人从0.5米的高度跳下来，我们要分析此人骨骼受力和变形。在现实世界中，可能需要在人体上安置多个传感器，然后把传感器测得的数据进行分析，从而得到一个近似的结果。而在虚拟的世界里，只需对骨骼进行几何建模、材料属性定义、施加载荷并进行计算，一台普通PC机只需几分钟即可得到它的受力分布以及变形情况。骨骼连接部位的受力分布 2、Guide Experiment 对那些刚刚了解仿真的人来说，可能认为仿真什么都可以做，甚至可以代替实验。不过我想纠正这些人的想法。受限于目前计算机硬件和仿真软件本身，仿真实际上能实现的功能还是很有限的。如果你用软件计算出一颗药丸在血液中扩散的速度以及被吸收的速度，然后以此为依据制定病人时隔多久服用多少的药物，那么，这个想法就错误了。仿真应该是对实验进行一个前期的指导作用。在未进行试验之前，即知道实验结果的一个大体的趋势，然后以此来设计你的实验步骤及方法，然后再反馈回来进行计算模型的修正。即使那些接受过很多实验考证的计算模型，也无法得到100%的精度。 3、Multiphysics in Biomedical 在生物医学中，广泛存在着多物理场现象。例如，血管中血液的流动，存在两个物理场，首先是血液流动的描述，需要用到Navier-Stokes方程，而血液脉冲式的冲击血管，使得血管也发生脉动的变形，而血管的这个变形，则需要用到Strain-Stress方程来描述。需要注意的是，血管发生变形的时候，血液在里边流动的轨迹也会发生改变，而轨迹改变的结果是血液对血管的冲击力方向和大小也随之改变如此反复，我们称之为耦合，血液和血管的交互作用，是一个很典型的流固耦合的例子。血管在血液冲击下的变形 4、The International Tendency 国人有一个习惯，就是什么东西都等国外做得很成熟很完善了，我们才跟风去学习人家，最后的结果就是不管是什么，我们都在追赶欧美。一台MRI机器，他Siemens为什么卖几百万？一台CT机，他GE为什么卖上千万？因为我们做不出来，或者说做得没人家的好。为什么呢？因为人家有先进的研发手段。仿真也是这样，国外几十年前就已经用来做前沿理论的验证和产品的开发，现在国内也慢慢开始这方面的侧重，但还是跟在人家好面跑。目前仿真的侧重点还在于单场，多物理场的概念则刚刚形成和发展，而仿真的未来则在于多物理场。我们起跑点即使不能在别人的前面，但至少不应该落后别人。对于生物医学通常考虑的问题，举几个常见的例子： 1、生物力学有力的地方，就会有运动和变形，即应力应变。例如人的头部被撞击后，头盖骨的变形问题等。 2、血管心脏考虑的是流固耦合，流体指的是血管和心脏中的血液，固体指的是血管和心脏本身。如果更深入的，例如心脏，还可以考虑心电现象，心脏的去极化扩张、复极收缩等等。如果还要考虑心肌细胞新陈代谢过程中生物放热过程，那么问题就变得复杂了。 3、溶质扩散用扩散方程描述溶质在体液中扩散或吸收的情况。溶质可以是散布在血液中的药物分子，也可以是人体组织中的肿瘤或者癌细胞等。 DNA分子扩散与监测 4、生物电子电现象一般使用电磁方程藐视，即麦克斯韦电磁波方程。电磁波有低频和高频之分。普通人体内的生物电现象，属于低频电磁场，而如果考虑微波聚焦杀死癌细胞，则考虑的是高频电磁场。心脏内部心电 5、图像处理考虑的是数学方程，涉及到图像匹配和仿真模型的重建。即通过MRI、CT、MicroCT获得人体图像数据，直接转换为计算机仿真用的几何模型。人体大脑MRI数据转换为仿真模型

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伦斯勒理工学院生化工程系将COMSOL定为必修课科目新闻来源: 中仿科技 M

COMSOLFEM 2010-1-5 16:51

伦斯勒理工学院将COMSOL定为必修课科目发布时间: 2009-12-18 新闻来源: 中仿科技序言：作为纽约特洛伊市伦斯勒理工学院生化工程系的教授，以及《输运现象原理》书的作者，Joel L. Plawsky 教授已经有了5 年使用COMSOL Multiphysics 的经验。他说，作为研究工具，COMSOL 大大改善了我们日常学习方式，省去了写代码的繁琐工作，使得我们能够更高效的工作。COMSOL 节省花费在计算上的时间，可以有更多的时间去分析计算和理解物理现象的内涵。图1 Joel L. Plawsky 是纽约特洛伊城伦斯勒理工学院生化工程系的教授，化工经典著作《输运现象原理》一书的作者。 Plawsky教授领导的科研小组最近一直致力于研究栅极电介质的可靠性对控制结构中温度和电场的影响。他们重点研究电介质的金属离子注入方式对器件寿命的影响。他们曾经利用COMSOL模拟晶体管中的介电击穿，揭示出这个过程中一些新的物理规律。Plawsky教授说，在伦斯勒理工学院，我们利用 COMSOL完成了用于为国家宇航局提供绝热气凝胶涂层的整套中试设备的仿真模拟，设备将。我们也模拟了LEDs有源区的温度分布，无芯热管的性能，以及 Aerobee飞行环周围的空气流。 Plawsky教授认为，建模和仿真软件是现在工程工具不可缺少的一部分，这就是为什么伦斯勒理工学院要把软件学习列入课程教学的首要原因。他首先将 COMSOL作为教学工具引入了教授输运现象的课程中：有限元软件包有很多，化学工程师需要软件包可以处理一个或者多个输运过程；然而，在处理输运过程特别是耦合输运过程方面，COMSOL是最合适的软件。目前，在斯勒理工学院，COMSOL已经用在本科生和研究生的输运过程课程和研究生的数学方法课程教学中。对于化学工程师来说，COMSOL简单易用。软件中使用的方程几乎和我们的课程中一致。所以软件很自然成为了课堂的扩展内容，成为学生们喜欢使用的软件。图2 图片展示了Aerobee 飞行环的停滞点非常接近飞环下端时周围的压力分布和空气流分布。形成巨大的升力使飞行环具有长距离飞行的能力。图3 铜离子在低介电常数的多孔材料中形成的电场等位线图。电场截止在图中最大值点处。这个点出现的位置非常接近经典边界分离点附近。 Plawsky教授的《输运现象原理》第二版将成为2009/2010学年的课程教科书，书中COMSOL将作为教学工具被广泛应用。从书一开始就将 COMSOL结合到例题和课后作业中。对于COMSOL模拟而言，书中一些介绍性概念是最简单的部分，所以熟悉软件的同学可以开始尝试利用一些模块来处理问题。他说，从课本中，同学们可以了解COMSOL的运行方式，随着课程的深入，我们开始利用COMSOL建立复杂的模型从而逐渐引入新特性和新现象。 COMSOL在中国，中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)凭借个性化的解决方案、成熟的CAE产品线、专业的市场推广能力以及强有力的技术支持服务赢得了国内众多科研院所以及企业的一致认可，目前国内几乎所有知名大学以及中国科学院下属各研究所都已选择使用COMSOL Multiphysics作为其科研分析的CAE主要工具。随着中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)在全国各地的分公司、CAE技术联合中心、CAE培训中心的成立，为广大客户提供更专业、更周到的本地化技术服务，众多企业也纷纷选用 COMSOL Multiphysics作为企业的分析工具，应用全球最先进制造技术，最终增强企业的核心竞争力，保证了企业持续发展。关于 COMSOL Multiphysics 和开发团队 COMSOL Multiphysics是一款业界领先的科学仿真软件，主要是利用偏微分方程来对系统建模和仿真。它的特别之处在于它的多物理场耦合处理问题的能力。从事专业科学研究的科研人员也可以开发具有专业用户界面和方程设置的附加模块；现在已经有的模块有化工、地球科学、电磁场、热传导、微机电系统、结构力学等模块。软件可以在多种操作系统上使用，包括Windows、Linux、Solaris、HP-UX等系统。其他可选软件包有CAD输入模块、以及 COMSOL化学反应工程实验室等。更详细的介绍可参看中仿科技网站： www.cntech.com.cn 。 COMSOL公司是1986年在瑞典斯德哥尔摩成立，现在已经在多个国家（比利时、荷兰、卢森堡、丹麦、芬兰、法国、德国、挪威、瑞士、英国、美国）成立分公司及办事处。详细信息请登陆 www.comsol.com 。

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关于 COMSOL 2009 年会的一些想法

热度 2 kenyonchen 2009-12-11 10:09

关于 COMSOL 2009 年会的一些想法最近应邀给COMSOL年会做了一个报告。 http://comsol2009.cntech.com.cn/report/2009-11-21/COMSOL-Conference49.html 不过显然作者没有完全理解我的报告，很多描述都出现错误，有些误导读者。比如除此之外，COMSOL Multiphysics的灵活、开放的环境，可以将描述相分离的理论模型通过用户定制方式，迅速方便地求解。我最近根本没有做过关于相分离的工作，那个很漂亮的图是EM Field Rotator，是变换光学较重要的应用之一。另外，我在开始从事数值模拟工作之时，不是用的COMSOL，而是用自己编写的蒙特卡罗算法，密度泛函积分方程算法以及多重散射算法等，这是在马老师的组里训练的，这才是我的一笔财富，并不是一个软件所能替代的。当然，我还是很理解他们想推销好这个软件的急切。不可否认的是，这个软件在某些方面做得不错，加速了研究的进程，能对想法的正确性迅速给出判断。不过，个人觉得这个软件的一些功能被商家（不是科学家）过度高估了，所以千万不要迷信，好的研究绝对不是一个软件可以代替的，背后需要许多的解析计算来支撑（所以我常常跟学生说的，它很傻，你需要帮帮它）。首先一点，就是COMSOL在算三维问题时有很大的局限性，这不是软件本身的问题，而是需要内存极大的机器为基础才能顺利运行，所以当你看到我们有一些很漂亮的图出现，不要羡慕COMSOL的强大，主要是机器很好。据我所知，蒋寻涯教授领衔开发的FDTD（EastFDTD）在电磁场的模拟方面一点都不比COMSOL差。如果在强大的机器为支撑下，所有的软件都会变得很强大。当然COMSOL做的比较好的是，用户界面比较友好。关于计算三维的问题，CT组里最近开发的边界元算法（BEM）开始暂露头角，我觉得将来这个软件将会是我的首先。另外，COMSOL在计算双负材料时需要做一些处理，比如加一个很小很小的吸收，否则结果可能不收敛。因次当我听完树林的报告（ http://comsol2009.cntech.com.cn/report/2009-11-24/COMSOL-Conference64.html ），我更欣赏他以前做了很久的解析工作而不是COMSOL的便利，COMSOL应该是一个辅助工作，不应主次颠倒。还有一些问题（主要是EM和Acoustic的，其他模块没有用过，no comments～），将来有时间再和大家分享，可以多有讨论。另外，关于最近吹的很火的COMSOL 4.0，我个人觉得用户界面做的很不好，所以建议初学者选择COMSOL 3.4，不要赶时髦。当然，需要谢谢这个年会，主办方送了两张世博门票，^_^

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COMSOL在生物医学数值模拟中的应用（转载）

COMSOLFEM 2009-12-9 12:55

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生物芯片：未来应用如同电脑芯片【转自《新京报》】

COMSOLFEM 2009-11-14 22:30

什么是生物芯片？生物芯片：未来应用如同电脑芯片　发布时间： 2006-12-11 16:03　新京报　　什么是生物芯片？也许很多人还没有听说过这个东西，也许很多人会把它与电子芯片等半导体芯片联系起来。我们可以知道的是，生物芯片在中国，已经的的确确出现了一支初见规模的尖端科研队伍。尽管它离普通百姓的日常生活还远，但可以预料在将来，生物芯片将随着技术的成熟，如同现今的计算机芯片一样，呈井喷状出现在人们生活的方方面面。随着博奥生物有限公司等依附高校的企业和863计划的推动，我们国家无论在生物芯片专利上还是在科研领域的运用上，都已经形成了一定规模。生物芯片的内部结构图。像花布一样五彩斑斓的生物芯片。　　核心概念在于集成　　什么是生物芯片呢？简单说，生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来，其实，生物芯片和电子芯片有着千丝万缕的联系，但是完全不同的两种东西。　　芯片的概念取之于集成的概念，如电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西，集成在一起。中国生物芯片第一制造商，博奥生物的蛋白质组学领域首席科学家杨卫平博士介绍，生物芯片也是集成，不过是生物材料的集成。在目前常用的生物检测中，一般的容器都是试管，如同我们在化学实验室中所见，而生物芯片把这些试验缩小，浓缩到一张小小的模板上。　　像实验室检测一样，在生物芯片上检查血糖、蛋白、酶活性等，是基于同样的生物反应原理。芯片只是一个载体。做什么东西、检测什么，还是靠生物学家来完成。　　所以生物芯片就是一个载体平台。杨卫平说。　　而这个平台的材料则有很多种，如硅，玻璃，膜（纤维素膜）等，还有一些三维结构的多聚体，平台上则密密麻麻地摆满了各种生物材料。　　就像一个棋盘一样，上海生物芯片有限公司基因部副总经理韩俊松说，比如19行乘以19列，非常整齐、有规律地排列，每个行列里摆着不同的生物材料，如核酸溶液，它们的每个点就像一个试管，发生不同的反应。其实生物芯片并不等同于电子芯片，只是借用概念，它的原名叫核酸微阵列，因为它上面的反应是在交叉的纵列中所发生。也就是说，原来要在很大的实验室中需要很多个试管的反应，现在被移至一张芯片上同时发生了。　　与电子芯片既远又近　　电子芯片其实和生物芯片有着既远又近的关系。它们相同的地方在于，都用很小的元件，储藏很大的信息量，输入输出也很大。杨洪波说。所谓的生物芯片输出，就是在平方厘米大的芯片上，用特制的扫描仪扫出1百万个化学分子的反应信号，一行一行地扫，小到0.5微米的地方也全部会被扫到，一百万个反应一个都不会漏。从相同点来说，生物芯片就是用电子方法生产，使用生物材料的技术。　　而两者不同的地方则在于，因为材料使用不同，因此功能也不一样。　　生物芯片最初产生的初衷还是伴随着人类基因组工程而来的。人类基因组工程初衷是为了弄清人类为何会得癌症，杨说，但即使在计划完成之后，人类也还是没有办法解决癌症根源，由此可见疾病比人类基因组计划所想象的更复杂。这时，生物芯片的提出就成了研究病理的强有力工具。目前国外在生物芯片的医学应用上主要还是对癌症和药物的研究。　　生物芯片从上世纪90年代开始发展，一直属于尖端科学，同样参与了人类基因组的我国在这方面没有落后，出现了不少研究生物芯片的厂商和科研机构，并在国际上有了一定的影响。　　最大用途在于疾病检测　　生物芯片将来是能像电脑芯片一样大规模运用的。杨卫平说，他称生物芯片将来是不可代替的平台，目前只是处于早期阶段而已。　　因为芯片的分类根据检测对象而分，所以有着很多不同的种类。蛋白质芯片是在检测模板上摆上蛋白质，如抗体、抗原、酶类等蛋白质，还有一种以检测对象为蛋白质的也叫蛋白质芯片。　　DNA芯片主要用于核酸的检测，检测DNA，RNA，小RNA等，小分子芯片比较特殊，是一些小的化学物品，如抗生素、农药等，这些在食品安全中非常重要，因为它的分子非常小，但又不属于蛋白质，所以是根据检测对象来划分的。杨卫平介绍道。　　韩俊松表示，生物芯片会根据不同的需要摆上不同的材料，但目前生物芯片最大的用途还是疾病检测方面。杨洪波也表示，目前生物芯片在农业如改种、基因改造、畜种等领域上有很大的发展前途，同样，在公共卫生领域、食品安全检测领域都有很大的发展空问。　　目前在中国国内，如清华大学等几家单位办的博奥生物和南开大学办的天津生物芯片有限公司都属于国内顶尖的生物芯片公司。中国的生物芯片主要研发力量集中在与高校联合的企业。　　中国的生物芯片，应该来说是有成绩的。杨洪波说，在产业化的道路上，美国也先行掌握了最原始的知识产权，但是我们可以发展其他方面的知识产权，比如每个不同的病菌单独打出知识产权来，这样才可以和外国交换。专题撰文/本报记者金煜　　■新知补丁　　生物芯片　　生物芯片的概念取之于集成的概念，电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西，集成在一起。目前常用的生物检测都是些大的用品，大的试剂。缩小了之后，变成非常小的东西，如同电子材料、生物材料的集成，变成生物芯片。　　芯片实验室　　所谓实验室就是一种功能的集成。在普通实验室里，检测、分析等是分成不同步骤进行的，芯片实验室就是把所有的步骤聚在一起，也是有形的，只是把这些功能微缩到一个小的平台上，生物检测三大步骤样品的处理、生物反应、反应的检测之前由不同的机器做，最后才得出结果，而芯片实验室是把这三大步骤浓缩到一个平台上做，对用户来说无需知道中间步骤，是一个微型的自动化的过程。这是目前全世界都在主攻的方向，我国也不落后。　　 ■对话博奥生物杨卫平博士市场需求推动生物芯片技术攻关　　记者：生物芯片应该建立在许多学科基础上吧？　　杨卫平：综合了很多学科，光、机、电、生物、化学、信息，主要是微加工技术。微电子技术是最早的原型，要在芯片上做各种各样的槽、小的反应区等，这需要微加工技术来实现，当然不需要微加工技术也可以实现，每个检测点是一个试管，一般的试管可能是以毫升为单位的，芯片里面却是以纳升为单位的。比微电子技术更复杂，微电子技术还只是做一些晶体管、半导体等，相对来说比较成熟、而且只是在物理领域，而生物芯片则有生物反应在里面。　　除了微加工技术外，也离不开如化学、生命科学等学科。　　记者：我国政府似乎相当重视生物芯片？　　杨卫平：是的。生物芯片这个领域非常新，在上世纪90年代中期以后才发展起来。我们国家的发展并不落后。　　中国生物芯片产业化和计算机比还是小零头，但是已经开始在多个领域中运用，如食品卫生检测，像鸡蛋、猪肉中有没有致病菌等，而像小分子研究是用于检测有没有抗生素的残留等。在诊断方面我们也已经有了运用，如病原微生物，自身免疫性疾病等的检查。但目前大多数的运用主要还是在科研领域。　　记者：生物芯片有可能像计算机芯片一样突然出现在老百姓生活中吗？　　杨卫平：电子芯片可不是一下子就出来的，它发展了四十年，是一个慢慢发展的过程。在生物芯片目前的发展中，技术上是存在难度的，如何将单一指标变成多指标，在开放上、新产品推出上会有很多的困难，但这些困难不是不能解决的，市场有这个需求，会慢慢解决的，只是现在还处于早期阶段。　　多指标检测同时进行，必然导致了成本的上升，因为单向检测上，普通的检测成本要低得多，多项指标在普通检测中，也会增加很多成本，所以作为一门新兴的技术，特别在医院的诊断市场上，大家的接受和认识需要一段过程。不过我相信随着需求的增加，大家会逐步接受多指标检测，从而使人们对疾病的监控越来越精确。

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利用数学模拟快捷地设计化工过程

COMSOLFEM 2009-11-14 17:52

化工过程中，数学模拟已经逐渐在优化原有的或设计新的工艺和原型上显示出越来越重要的作用。人们可能理解工艺的内部工作原理，但决定最佳参数却需要大量的工作――例如反应器及其单元的尺寸，各种物料的正确用量，或者最佳流速。在过去，人们常常通过大量的试验和错误，或依靠经验来解决问题，然而，为这些尝试而建立和测试的大量原型装置会花费大量的时间和金钱。幸运的是，当今数学模拟工具可以让人们建立虚拟的原型来揭示工艺过程中的内部细节。在软件中可以方便地改变任意参数，并立即看到效果。这种能力也鼓励着研究者开发新观念，无论是多么地非常规，并提出完全崭新的尝试和方法，特别是在微流、药理、生物科技及新材料等领域。在化工过程中，通过建模来节约成本对于大型或精细工艺过程都是可以实现的。一个大型的化工装置一般包括庞大数量的材料，常常是每年百万吨级，即使是对反应器进行一个很小的改进也可以节省大量的金钱――不仅仅是节省了能量，还节约了原材料。而在精细化工产业，例如生产很微量的药品，对产品的纯化和提高质量尤为重要，产品的质量在不同批次间出现波动是绝对不允许的，因此操作者必须切实了解影响质量和纯度的参数。此外，从实验室的工艺过程放大，到试车，到工业化大生产同样会产生问题――有时候，工程师在试车后建立了一个工业规模的反应器，运行起来相当不理想，产生大量的次品。精确地数学模拟常常会避免出现这种问题。仿真的实际应用 Figure 1: Turbulent flow for the calculation of the retention time in a chemical reactor. 图 1 ：化工反应器中计算保留时间的湍流仿真化工工程师如何进行仿真？在荷兰，阿姆斯特丹自来水公司采用臭氧替代氯净化剂，工程师希望能找到最优物理结构来分布这些物质。不论臭氧在水处理中多么有优势，在使用中还是会带来一些问题。臭氧与溴反应生成溴酸盐，后者是致癌的，工程师 Jan Hofman 解释，当然，溴酸盐浓度控制在允许浓度范围，但我们还在尝试减少它的办法，提高处理设施的净化能力。在原来为氯净化修建的转化反应器中进行臭氧处理， COMSOL Multiphysics 数学模拟软件让工程师得以方便地测试各种可能的结构，以最小的成本净化最大数量的自来水。 Outokumpu Copper RD (Vsters, Sweden) 的工艺工程师 Jonas Fjellstedt 采用 COMSOL Multiphysics 来计算如何提高生产金属棒的效率。他研究的工艺中，液态金属从保温炉通过一个耐火入口倒入一个水冷石墨衬里的铜模具中，当棒冷却到一定程度，一个飞锯将棒切割成一截截的。只有棒的外部需要在模具中凝固，其内部可以在离模后冷却凝固，从而使棒在整个工艺过程中高速运转。 Fjellstedt 开发了多物理场模型来显示开始凝固的地方，这样他可以研究不同的管口结构，考察添加第二冷却区的效果。经过适当的改进后，他发现可以比原来的加工速度提高 40 ％。加工速度的提高意味着公司无需新建生产线就可以增加产量，并保持原有的质量。仿真也已经成为工程师课程的一个标准部分，教授们开始使用模拟软件来帮助学生们理解真实世界中一些关键公式的本质。在传质现象课程中，西雅图的华盛顿大学化学工程系的 Bruce Finlayson 教授为每个学生提供了一份关于微流的有效专利文件，这些学生使用模拟来解释这些专利中的概念和公式。 Finlayson 报告说这些学生对于计算流体动力学显示出极大的兴趣，计算出的图象和图形化结果激发他们去深入研究。另一个例子来自安阿伯的密歇根大学的 Scott Folger 教授，在过去几年中，他在化工反应课程中引入 PDE 进行仿真。他是如此确信数学模拟的作用，以至于编译了一套湍流反应器的课堂练习，并发表在他的《化工反应原理》（《 Elements of Chemical Reaction Engineering 》）一书的第四版中。当今的工程师很大程度上依靠数学工具来更加迅速和有效地设计及优化系统和工艺过程。我们需要年轻的工程师不仅知道如何建立和验证模型，还要能用来开拓想象力和开发新技术。如果没有很好的模拟技术，学生们在随后的将来会处于不利的竞争地位。数学模拟的基础知识从什么时候起，数学模拟是怎样变成工程中如此重要的一个部分？确实，它其实是从科学探究的一开始就已经成为所有技术进步背后的一种技术。事实上，最早的数学专业之一，欧几里得几何（ Euclidean geometry ）就是所有应用数学的框架。几何表示静态的关系，一直到了 17 世纪，数学家才发现可以动态地描述真实世界中的对象及现象的工具：微分学。最早的描述集中在只依靠一个变量――时间――的现象，采用的数学表达式是常微分方程（ ODE ）。很多真实世界中的现象包含多个自变量，因此偏微分方程（ PDE ）开始变得必不可少。化学工程师用 PDE 处理问题，常见的例子是对流－扩散－反应方程，热方程， Poisson 方程， Navier-Stokes 方程，以及 Darcy 定律等。化工中，材料、能量和动量平衡中存在不止一个自变量时会遇到 PDE ，例如时间和空间。很多情况下不是处理一个单独的公式，往往是 PDE 方程组，如系统中每种物质的物质平衡，以及能量和动量平衡。如果 PDE 是线性的，也就是说，所有的项可以用一个公式及其微分来描述，经常可以通过正确的方法处理公式得到一个确定形式的解 , 这些方法包括分离变量，叠加， Fourier 级数，以及 Laplace 变换等。然而在真实世界中，很多 PDE 是非线性的，一般包含不止一个变量的微分，通过以上这些方法不容易得到非线性 PDE 的解，必须依靠数值解和采用研究者在过去数年中开发的算法得到近似解。例如， Poisson 方程和热方程是线性的，并可推导出解析解，而对于非线性 Navier-Stokes 方程，研究者们还未能找到通解形式及解决唯一性问题。化工中的方程经常是非线性的，因为用来描述反应速率的 Arrhenius 方程对时间是指数性依赖关系，反应动力学大部分是非线性，因为反应速率依赖于反应物质的乘积。确实采用数值近似方法求解可以得到任意类型的任意微分方程的解，手动求解显然是不可能完成的。此外，这通常是常人无法实现，只能由专业科学家来写出表达和求解系统底层公式的算法。即使是一个相对简单的 PDE 也可能变得复杂到无法即时找到一个明确地解形式。这样一来，为得到一组这样的解，可采用的方法就是将求解域打散成大量的单元，也许是数十个，或者成百上千个有限单元。当处理这样一个小区域时，可以进行一些合理的假设和简化，找到它们的解。很显然，找出所有的解意味着产生并解出成千上万个相关方程，可能需要上亿次算术运算。幸运的是，幸亏有了各种工具软件，如今每个人都可以拥有求解这类问题的计算能力，如 COMSOL Multiphysics 就是其中最早的一种设计来在 PC 上求解系列 PDE 问题的软件。近年来，研究者正通过有限元方法求解 PDE ，他们发现这些技术可以用来求解广泛的问题，早期是结构力学，然后被扩展到化工、电磁，以及地球科学，等等。此外，类似 COMSOL Multiphysics 的工具允许工程师解决多物理场问题，真实世界中总是会在局部区域中同时发生多种物理现象。例如，很多过程的副产物是发热，热随后会明显地影响其他性质，如化学反应的反应速率，或固体的力学性质。如果你不把传热引入整个问题，对于一个化学反应器的描述会是很不精确的，或甚至根本就是没有用处的。模拟过程：一个典型的例子幸亏现代的软件，对工程师而言，建立一个模型已经是相当容易的事了。看看下面这个例子，很能说明模拟过程中的主要步骤。这个模型考察的是在一个固定床反应器中耦合自由和多孔介质流动，涉及三种气体，两种是反应物，一种是产物（ A+B-C ）。从主管道（ B ）和注射管（ A ）注入的物质在固定的多孔介质催化床中反应，得到 C ，见图 2 。模拟通常分五个主要步骤。 1. 建立几何模型第一步是建立几何模型，并定义具有不同属性的区域（子域）。反应器（图 2 ）由一个管结构和一个注射管组成。注意，由于反应器具有对称性，只需要模拟它的一半，这样可减少计算量。 Figure 2: The main user-interface screen show the 3-chamber reactor, and the dialog box on the upper right facilitates the input of physical parameters for the transport balance. 图 2 ：主用户界面显示了 3 室反应器，右上角的对话框帮助用户输入传质平衡中的物理参数很多模拟软件提供一个 CAD 编辑器用来绘制和生成几何结构，此外，也可以按常见格式导入 CAD 文件，这使得用户可以利用专门的 CAD 软件的来绘制几何结构，或如果已经存在这样一个文件，直接导入它。例如 COMSOL Multiphysics 支持所有的 2D 和 3D 的 CAD 文件格式。更高级的软件还支持与 CAD 软件的在线连接，如 COMSOL Multiphysics 可以与 SolidWorks 无缝工作。因此，如果用户在 SolidWorks 环境中对几何结构进行了修改，这些改动会立即反映到 COMSOL Multiphysics 中，无需用户干预。 2. 物理设定在 COMSOL Multiphysics 内建的应用模式中设置每一个子域。在流动场， Navier-Stokes 方程描述自由流动区的流体流动， Brinkman 方程描述多孔介质区。最后，模型采用对流－扩散方程模拟三种物质的质量守恒。每一种应用模式有自己的材料和边界条件设定，其中可以设定成常数或任意表达式。接下来可以处理动量守恒及其边界条件。在反应器的两个外部区域没有多孔介质，控制方程是 Navier-Stokes 方程，而由 Darcy 定律扩展的 Brinkman 只用于多孔催化剂。固体壁上的边界条件是无滑移边界条件。然后定义主反应器和注射管中的入口流速及压力，还必须定义流动类型。在入口边界上假设是完全发展的层流，不需要定义自由流动和多孔介质流动间的内部边界上的流速和压力。最后需要处理物料守恒及其边界条件。前一步中软件计算速度场，然后用这个信息来给出由 Convection and Diffusion 应用模式计算的物料守恒中的对流项。这个应用模式在自由流动域和多孔介质域有不同的属性，并将反应速率表达式引入到床中。主入口和注射口入口边界条件是浓度边界条件，出口采用对流边界条件，表示对流控制着反应器出口的物料传质。这是管式反应器中的常用边界条件，避免在出口设置一个浓度或通量。一个关键的应用是 COMSOL Multiphysics 图形界面的使设置物理属性（图 2 ）不再那么痛苦。当选择了一个应用模式后，软件提供对相关物理场优化过的若干方程和对话框。用户界面列出了控制方程，其参数可以在编辑框中输入。你可以通过键盘根据特别的需求自由地修改方程。 3. 网格剖分当定义好物理场后，接下来就是生成网格，即生成可代表整个系统的上千个三角形或其他形状（图 3 ）。软件选择了一种缺省的网格，也可以自己手动控制划分网格。例如 COMSOL Multiphysics 缺省采用三角形单元，也提供四边形、四面体、砖形，以及六面体等，应用于不同的案例。此外，简单地用一个框选中感兴趣的部分，然后在该区域中精细化网格来获得提高精确性。 Figure 3: Finite-element mesh for the reactor. 图 3 ：反应器的有限元网格 4. 选择和运行求解器对大部分程序， COMSOL Multiphysics 建议缺省的求解器，但也可以从静态和非静态线性求解器、瞬态求解器、特征值求解器、参数化线性或非线性求解器，以及自适应求解器中选择一个。本例选择瞬态求解器，并定义求解的时间点。还要设置软件生成解的顺序，例如本例软件首先求解 Brinkman 和不可压缩 Navier-Stokes 方程，然后是对流和扩散方程。本例中反应影响气体密度，软件可以同时计算所有的方程。 5. 后处理和图形化一个功能强大的软件可以有多种方法显示任意结果。除了提供大量的图和图表， COMSOL Multiphysics 还可以制作动画，用户可以通过电影来分析随时间的变化。静态地显示起动相，然后是稳态结果同样揭示出大量的信息。这个反应器中，首先可以检查流场分布（图 4a ），可见在注射口下较大，而在多孔介质反应床内较小。图 4b 说明 A 的浓度是如何因为反应的消耗及通过扩散而随着与注射口的距离增大而减小的。 Figure 4: Results from the simulation: flow velocity in the reactor (a); concentration of material A (b); concentration of material C (c). 图 4 ：模拟结果：反应器的流速（ a ）；材料 A 的浓度（ b ）；材料 C 的浓度（ c ）然而， C 的生成在催化区不是均匀的（图 4c ），模拟表明催化剂的利用率不足。图中显示了反应不是均匀分散在催化床，注射点离多孔介质床太近，反应物未完全混合，只有一部分床被利用。较好的设计可能包括在注射点后添加一个静态混合器，或将注射点向上游移，从而通过扩散增加混合效果。其他可以进行的模拟这个化工反应的例子只是浅尝即止，还可以模拟燃料电池堆中的流动的动量守恒，热交换器中的能量守恒，静态层流混合器中的传质，以及电化学效应，如肿瘤中的电化学治疗，设计电场混合流体的微流装置，或甚至是检查电泳和色谱效应等。很多这样的研究需要模拟传质和流动，并耦合其他物理场，如电磁或结构力学。只有多物理场软件，如 COMSOL Multiphysics 使得研究者有这种能力来研究这种多物理场同时耦合的问题。关于 COMSOL Multiphysics 及其开发者 COMSOL Multiphysics 是一个工业领先的科学软件，用于仿真和模拟可以用偏微分方程描述的任意系统。它特别强大的功能在于多物理场耦合能力，可以同时计算多个物理场现象。在专门的研究领域的研究者也能在其中找到特别的模块，包括用户接口和方程设置等，目前提供的模块包括：化工、地球科学、电磁、传热、 MEMS ，以及结构力学。软件可运行在 Windows ， Linux ， Solaris 以及 HP-UX 操作系统，其他可选模块包括 CAD 导入模块、 COMSOL 脚本解释器，以及 COMSOL 反应工程实验室。关于 COMSOL Multiphysics 及其产品家族的详情请参考 www.comsol.com 。 COMSOL 于 1986 年在瑞典的斯德哥尔摩成立，经过多年的发展，目前在全球拥有多个办公室，包括 Benelux, Denmark, Finland, France, Germany, Norway, Switzerland, the United Kingdom, 以及 US 的 Burlington, MA, Los Angeles, CA, 和 Palo Alto, CA 。更多的信息可参考 www.comsol.com 。

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COMSOL Multiphysics在大学教学之应用（转载）

COMSOLFEM 2009-11-14 16:42

COMSOL Multiphysics 在大学教学之应用（转载）大学热传导课程的学生们使用 COMSOL Multiphysics 来求解偏微分方程，用于设计机车引擎的冷却系统。尽管个人电脑的普及带来了高等教育的很多变革，但如何在适当的时候引入这些需要电脑计算能力的课程专题，老师们还在踌躇。也即是说，使用有限元法模拟偏微分方程对大学课程合适吗？我们从 Bhatia 博士最近使用 COMSOL Multiphysics 的经验来说，这是可行的，这不仅仅给学生认识新的工具、新的知识，也启发他们从教科书以外获得能够解决实际问题的方法的概念。如今的工程教育越来越超出了传统的粉笔教学，这类课程加入了学生参与的机会，让学生透过各项专题有充分展现自己的机会，然而这些专题的设计仅仅停留在纸上作业，或幻灯片报告，本文的教育学者试着介绍一个设计 - 制作 - 测试的概念来帮助学生学习所遇到的问题、尝试犯错，并解决问题。由热力学课程开始去年， Bhatia 博士向同事 Eric Constans 博士介绍这个新的概念，由 Bhatia 博士负责第一堂初级热力学课程。他让学生分组，从头开始建立起蒸汽引擎和空压机模型，学生们的主要任务是保持汽缸和元件足够冷，学生们尝试各种方法，其中一组学生甚至使用冰块来降温。通过引擎运转来教导热力学概念，但学生尚未了解热传导效应， Bhatia 博士因此决定在第二学期的热传课程中，继续深入蒸汽引擎的原理，然而， Bhatia 博士认为引擎冷却其实只需要非常简单的方法来解决，因此，他决定让学生们使用模拟软件来设计气体冷却式机车引擎。尽管有限元模拟通常不是大学生课程的一部分，但在这里却是介绍新的技巧的好机会，更能帮助他们了解物理概念，以及在课本上所看到的偏微分方程的实际应用，因为在一般课程的内容，教材是比较难以接受甚至理解的。 K.K.Bhatia 博士与学生 Chris Bowen 、 Dave McKenna 正在讨论引擎本体的模拟为了实现这个主题与目的，唯一的机会就是选择 COMSOL Multiphysics 软件，在 Bhatia 博士教授过许多数值方程或相关软件后，只有 COMSOL 能够提供直觉式的菜单架构，图形用户界面也可以显示数学物理方程，非常合适学生的使用习惯，更可提供对方程式的读取，比那些使用黑夹子式操作方式的软件更有实用价值。这是传播一个概念，由一个小型、相对简单的专题开始，先让学生有更多的经验来练习偏微分方程式，这样在后续的有限元课程中，学生才会有更强烈的动机来理解如边界条件或求解器等的概念。开始进行关于这个专题的执行方式：学生首先听一个小时的有限元介绍课程，接着是另一个小时的 COMSOL Multiphysics 介绍，内容着重于 CAD 的载入、偏微分方程的操作、边界与子域条件、网格剖分、求解和后处理绘图。接着是半个小时的专题细节讨论：设计 V 型双杠气冷式机车引擎，从 Harley-Davidson 引擎来简单阐述汽缸孔径、冲程、引擎材料等，设计出当行驶时速达到 60 英里时，引擎缸体的温度需低于 350 。学生首先的分析工作是纸上作业，由简化的引擎模型开始，第一个假设是冷却鳍片的数量、几何尺寸，接着使用一些假设和手算，通过热生产和散热来得到初步的答案。接着，将分析工作移到真实的设计，从 SolidWorks 绘制好引擎本体和冷却鳍片的几何模型，通过 CAD 载入模块来导入 COMSOL Multiphysics 之中。不冒险就没有收获当 COMSOL 几何模型建立后，学生接着可以设计模型参数，并绘制引擎本体温度分布图，有些学生则通过原始偏微分方程模板的使用来模拟热传导方程式（即 Laplace 方程），明年， Bhatia 博士可能会要求全部使用偏微分方程模板来做，这样更贴近于物理实际的理解，此外，不论是传统或非传统的设计，大约有一半的案例是在手算结果的 10 C 之内，事实上，比较手算与模拟的结果，能让学生更有自信，也能对课程内容更感兴趣。就事而论， Bhatia 博士相信学生可以从失败中学习到很多事情，我喜欢这样说，不冒险就没有收获，因为 SolidWorks 与 COMSOL Multiphysics 的连接速度非常快，修改设计是很容易的。了解偏微分方程起初 Bhatia 博士的一些同事看到这个专题时，认为这个专题过于庞大，因为这不是在教科书中可以找到的，他们也会质疑学生是否有足够时间完成，但终于，这个专题是完全成功的。 Bhatia 博士的主要目标是使学生亲近偏微分方程，让以后遇到类似问题时，不会害怕去处理，除了 COMSOL Multiphysics 以外的模拟软件中，是看不到偏微分方程的，就像个黑夹子一样，他们无法直接读取这些方程式。学生花了大约 15 个小时时间在专题上，包含几何设计和模型分析，几乎所有学生都有一个感想，那就是，模拟实在是太酷了。汽车引擎温度分布图加入实验与验证有了手算的经验，以及熟练使用软件和熟悉偏微分方程，所以完成设计、建立测试、引擎并不是梦想，因此，在下一个大学高级热传导课程中，学生将不只使用 COMSOL Multiphysics 来设计与模拟，他们也将会和实验数据比较，一个设计电脑 CPU 冷却装置的想法油然而生，学生将可去电脑店购物、亲自制作散热片，并使用电热耦合来测量温度。对 Bhatia 博士来说，把建模与模拟工具带到课堂，会带来无与伦比的优势，若在不久的将来看到这套教案出现在标准的大学课程中，这一点都不觉得惊讶。

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2009年COMSOL Multiphysics公开培训正式启动，第四季。

COMSOLFEM 2009-11-13 16:55

2009年COMSOL Multiphysics公开培训正式启动原文作者: 中仿科技发布时间: 2009-01-13 新闻来源: 中仿科技活动信息活动时间: 2009-01-01 至 2009-12-31 活动地点: 上海自2006年中仿科技举办首届COMSOL全球用户年会中国区分会，在过去的三年时间里，中仿科技在不断为用户提供更完美的服务的同时，也在倾听用户对 COMSOL软件的要求和心声。在众多用户的支持和鼓励下，中仿科技公司将定期举办COMSOL Multiphysics中级培训课程，欢迎各界朋友报名参加： 2009 年COMSOL Multiphysics公开培训邀请函.doc 培训说明 1.时间为每季度一次，每次为期四天。 2.地点为中仿科技上海公司培训室。 3.内容为两项，一是网格优化，二是求解器及PDE，各两天。亦可单选一项，请在附录的报名表上注明选择课程的编号。 4.培训价格500元/人*天，正版用户八折，有学生证六折。学员的食宿自理（培训期间，中仿科技公司提供免费午餐）。 5.建议参加培训的学员自带笔记本电脑，中仿科技公司免费为您安装试用软件。如果没有自带电脑，中仿科技公司提供学习操作用的电脑。 6.咨询电话：021-64391516*811 田小姐（Ms. Amy Tian），Email：课程时间内容 * 报名截止时间课程编号 Season 1 3.23（星期一）～3.24 COMSOL Multiphysics前后处理及网格优化技术培训 2009/03/16 09Q101 3.25（星期三）～3.26 COMSOL Multiphysics求解器设置及PDE培训 2009/03/18 09Q102 Season 2 6.22（星期一）～6.23 COMSOL Multiphysics前后处理及网格优化技术培训 2009/06/15 09Q201 6.24（星期三）～6.25 COMSOL Multiphysics求解器设置及PDE培训 2009/06/17 09Q202 Season 3 9.21（星期一）～9.22 COMSOL Multiphysics前后处理及网格优化技术培训 2009/09/14 09Q301 9.23（星期三）～9.24 COMSOL Multiphysics求解器设置及PDE培训 2009/09/16 09Q302 Season 4 12.14（星期一）～12.15 COMSOL Multiphysics前后处理及网格优化技术培训 2009/12/7 09Q401 12.16（星期三）～12.17 COMSOL Multiphysics求解器设置及PDE培训 2009/12/9 09Q402 * 内容说明： COMSOL Multiphysics 前后处理及网格优化技术培训 COMSOL Multiphysics求解器设置及PDE培训 COMSOL Multiphysics操作界面及技巧操作几何体创建几何体 CAD模型导入与SolidWorks/Inventor交互建模网格优化技术 COMSOL Multiphysics划分网格网格文件导入后处理后处理器介绍计算结果可视化处理分析类型基础培训稳态分析瞬态分析特征值分析参数分析稳态分离式求解参数分离式求解瞬态分离式求解求解器介绍及设置培训直接求解器迭代求解器 PDE培训系数PDE方程广义PDE方程弱形式PDE方程一点体验：这个培训不同于给正版客户的培训或者是COMSOL的研讨会，会将更多的技巧，而且最后会预留半天跟中仿的几个高工亲密接触，让他调调模型，指点几下，还是很有益的！

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COMSOL2009中国区年会，4.0新体验！！

COMSOLFEM 2009-11-13 16:51

为促进国内科技工作者在多物理场耦合分析领域的交流以及分析能力的提高，中仿科技和 COMSOL 公司诚邀您参加 2009 年 COMSOL Multiphysics 中国区用户年会，此次年会将分别于 2009 年 11 月 17 号在上海， 11 月 19 号在北京， 11月22 日在武汉举行，会议是 COMSOL 公司全球用户交流大会的一部分，同时也是中国区第四次举办此活动。本次大会将介绍COMSOL公司在第五届COMSOL全球用户大会上发布的COMSOL Multiphysics 4.0 Beta版，介绍应用 COMSOL Multiphysics 软件进行多物理场耦合分析的案例以外，还将邀请 COMSOL 资深专家与 COMSOL Multiphysics 用户对软件的使用经验进行分享，与此同时，您也有机会获得解决您目前难以克服的问题的技能和解决方案。相信此次会议会帮助您今后的研究工作百尺竿头更进一步。费用：免费！本次会议非营利性质，不收取任何费用（但各位需自理往返路费和酒店住宿等费用），免费赠送COMSOL Multiphysics 最新版本试用软件、COMSOL用户年会论文光盘、Booklet、培训动画教程等学习和应用资料，前100位签到者获得，送完为止(限：预报名者)。本期焦点：令人耳目一新的COMSOL Multiphysics 4.0 Beta版即将问世。在4.0版本中，COMSOL提出了全新的用户界面COMSOL Desktop概念，集简洁、易用、而功能强大的设计与仿真功能于一体，用户对模型的建立和求解变得更加容易；COMSOL Desktop流水线式的建模理念，完全针对用户使用习惯进行了优化，学习起来更加的容易，而多学科应用的建模功能却更加的强大；COMSOL将为用户研发部门带来产品研发与创新的高科技手段。了解更多，请登录： http://www.cntech.com.cn/newsflash/2009/COMSOL-Ver4.0-Beta.html 特别提醒：强烈建议您带笔记本电脑到现场，我们将在会议开始前免费为您安装COMSOL Multiphysics 4.0 Beta版，会议期间将会安排新版本培训内容，您将在第一时间体验最新版本。对象：无论您是COMSOL Multiphysics正式的用户与否，我们都欢迎您。这次研讨会的演示定会使您确信COMSOL Multiphysics在数值分析方面的优势与领先地位；详尽的案例分析演示，使您对采用COMSOL Multiphysics从事各领域科学研究以及工程仿真分析更加坚定信心。关于COMSOL Multiphysics的详细介绍，请查看： http://comsol.cntech.com.cn/ ■时间及地点日期时间城市会议地点 2009年11月17日（星期二） 09:00-17:30 上海上海市徐汇区华山路1954号.上海交通大学浩然科技大厦一楼 102学术交流厅（点击查看地图） 2009年11月19日（星期四） 09:00-17:30 北京北京市海淀区中关村东路1号院清华科技园创新大厦A座2楼多功能厅 (点击查看地图) 2009年11月22日（星期日） 09:00-17:30 武汉武汉市洪山区珞瑜路1037号华中科技大学武汉光电国家实验室A区 301室（点击查看地图） ■报名方式 COMSOL 2009年会邀请函.doc 1，点击在线报名填写报名登记表，然后我们会和您电话确认。上海的朋友可致电王小姐：021-64391516-827；北京的朋友可致电赵小姐：010-82601646-801；武汉的朋友可致电黄小姐：027-59838973-801。 2，发送email到，请在email中写明您的单位，参加人数以及联系电话，并打电话给我们确认。上海的朋友可致电孙小姐：021-64391516-801；北京的朋友可致电赵小姐：010-82601646-801；武汉的朋友可致电黄小姐：027-59838973-801。中仿科技(CnTech)是中国区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案的供应商。CnTech是中仿集团旗下的旗舰公司，总部设在香港，目前在全国设有四个分公司，分别位于上海、北京、武汉和深圳。除了强大的销售和技术支持网络之外，我们还设有专业的售后服务团队和培训中心，为了更好的服务广大客户，公司将陆续在全国各大主要城市设置业务分支机构。CnTech业务包括项目咨询和专业软件的集成和实施等，凭借多年来广大客户的支持和信任以及CnTech 员工们的奉献精神和责任心，已为国内外数百家企业、高校及科研院所提供专业软件系统及项目咨询等服务，服务领域涉及教学科研、机械工业、土木工程、生物医学、航空航天、材料科学、化学化工、冶金科学、汽车工业、电子电器、气象环保、采矿和石油工程等行业。中仿科技公司是 COMSOL Multiphysics软件中国区（包括香港、澳门）唯一合作伙伴。CnTech将始终怀着谦虚、诚实、敬业的态度，秉承关注客户需求、提升客户价值的核心理念，始终遵循客户满意为止的服务准则，真诚地为客户排忧解难、出谋划策、坚持不懈，及时为国内外客户提供全球最前沿最顶端的科技服务，力争成为仿真技术行业的典范！关于CnTech更多的软件产品以及服务信息，请登录公司网站： www.CnTech.com.cn 获取更详尽资料。我们的发展目标 CnTech将坚持自己的企业文化，不断加强经营网络和覆盖区域，凭借富有经验的专业团队，我们有能力成为中国最优秀的仿真分析软件和项目咨询解决方案的提供者。本次会议合作伙伴 Company Sponsors Media Sponsors 会议详细和来宾发言的牛人介绍请见，博主就不一一添加了啊：） http://comsol.cntech.com.cn/conference2009/

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转载制造最优化的燃料电池--用最专业的工具COMSOL Multiphysics

COMSOLFEM 2009-10-21 21:33

制造最优化的燃料电池--用最专业的工具COMSOL Multiphysics 作者：COMSOL Inc. 自动化和其他车载应用功能都对燃料电池-它们能量的来源提出各自特殊的要求。在设计电池的时候，许多因素都要被考虑进来：电池潜能，正负极气压，相关的湿度（指的是燃料和氧化剂内的水有多少），甚至是关键部位和关键部位里面隔膜和气槽的尺寸。不仅是一个最佳的设计 COMSOL Multiphysics软件已成为Galip Guvelioglu在里海大学（宾夕法尼亚州，伯利恒市）做博士研究的重要工具。在Harvey Stenger 教授的指导下，他主攻质子交换膜燃料电池（PEMFC）的优化设计研究。据他解释道，提供最佳性能的设计和操作条件主要取决于应用的领域。固定的、便携式的和运输应用都有各自不同的要求、不同的操作环境，可用的燃料和氧化剂条件也各不相同。一个PEMFC电池在固定的应用条件下，可以使用完全潮湿的燃料并受益于压力机制造的空压，因为这可提高电池的输出能量。相反的，一个燃料电池在便携式的应用条件下，如笔记本电脑或手机可在大气的环境下使用。因此，燃料的含水量和便携式电池的空气湿度受到约束。其他要求也随应用环境而变化。移动设备对燃料电池在运输环境的启动时间和快速反应要求并不及固定环境中电池一样高。燃料电池的重量对于移动设备来说更重要，这也限制了制造电池的材料选择。这一切对于Guvelioglu意味着COMSOL Multiphysics软件让各种空间立体结构、材料和操作环境的组合都快速并简单的显示出来，最后决定出最佳的应用设计。内部一瞥让我们更加具体地来看看这些要求对设计的影响，首先请看图1中PEM燃料电池的内部操作。PEM电池是由它使用的电解液种类而得名，它是一种聚合物质子交换膜，最佳的质子导体。质子交换膜被夹在两层铂金阳极催化层中间。这两层催化剂由多孔渗水的分气电极支撑，一般由碳衣制造。这整个电极组被称为膜电极组（MEA），通常它的厚度是0.5-0.8 mm。最后，MEA在两板中间，这两层板的腐蚀槽不仅作为电池输入和排出产物的运输道，还作为电流的储存层。图1－质子交换膜（PEM）燃料电池的两个关键因素是催化剂层和质子交换膜，前者将氢分为质子和电子，后者允许质子由正极向负极转化，同氧气和电子结合生成水。在操作过程中，燃料电池持续给阳极（负电）输入气态的氢，并输入氧化剂如空气中的氧气给阴极（正电）。电极处的电气化学反应产生电流（见图1）。燃料电池，虽然和一般电池相比有相似的部分和性能，但在一些方面还是有区别。电池是能量储存设备，它最大的可用能量是由电池内部储存的化学物反应来决定的。而燃料电池，从另一方面来说，是能量转换设备，理论上说只要对电极提供燃料和氧化剂就可以产生电能。燃料电池反应产生的废物是水和热量。因为燃料电池直接将化学能量转换位电能，产生最大的理论上功率是不受卡诺循环约束的。PEMFCs 一般可达到的燃料功率比普通电池高50%，并且有几大理由被应用于汽车领域。首先是由于他的高能量密度-今天他们能够很容易达到1 A/cm2。一个单独的燃料电池能产生高输出能量0.6 V，所以可以得到可用的压差，和普通电池一样，工程师将多个这样的电池串联使用。持续改进工程和材料以增加能量密度，这样一个比内部燃料发动机还小的燃料电池组产生的能量，可以供应一辆中型巴士汽车。为了让这项技术在商业市场领域可行，研究者仍然需要面对几项挑战。电池在输入燃料和空气时遇到杂质会十分敏感。同时工程师们必须全面降低价格。PEM燃料电池的主要成本在于那些用在产品上的材料，其中铂金电极占了50% 的两极板材料成本。现在研究者们在想办法降低铂金使用需求，并通过改进电池槽设计和对其他可替代材料进行实验来提高铂金的使用效率。他们也尝试在改进性能、制造方便性和操作灵活度的同时，通过提高满电池可靠性和耐用性来提高效率。当我告诉我的同事，'我可以用不到一个小时做一个模型'，他们都非常惊讶。这个秘密武器就是COMSOL Multiphysics软件。 COMSOL Multiphysics 软件的许多优点为了达到这些目标，Guvelioglu 一直在找寻最合适的气体槽大小和形状，同时也在选择合适的电池构造部件。他也在对水和热处理进行试验寻求产品可靠性的改进。他最主要的工具之一是COMSOL Multiphysics，选择它有许多理由。他倾向于商业CFD（计算流体力学）软件包在模型建造方面使用，或创造一个PDE 解决器来为所研究的所有应用环境做模型。大多数CFD软件包需要工作区或模型简化来得到他们的应用模型以满足要求。另外一个使用COMSOL Multiphysics软件的原因，是它可以帮助完成自定义PDEs。撰写我自己的PDE解决器为PEM燃料电池制造模型，就像是只需要去一趟超市，就可以发明轮子接着是汽车。COMSOL 给我提供了几百个程序员一年时间给我，使用COMSOL Multiphysics 软件我得到了最好的帮助----受益于他们的开发工作，我可以非常自由灵活得处理我自己的PDEs。另外一个主要的优势在于，COMSOL Multiphysics 将MathWorks 中的Matlab和Simulink 紧密结合在一起。一个完整的燃料电池系统包括压缩机，泵，增湿器，热交换机，转换器和电压机。拥有一个高效的燃料电池并不意味着整个系统都是高效的，所以工程师必须在设计和优化的时候了解整个系统。为了实现这个目标，Guvelioglu 想要他的燃料电池模型同能量应用汽车仿真器（ADVISOR）部门结合在一起。这个仿真器结合计划对部件性能做出评估，如电机，电池，反应转换器，气候调节系统，可选择燃料和其他可能影响燃料经济、性能或散热的改进。在这种情况下，他将自己的COMSOL Multiphysics模型拿出来，并转换为Matlab M- 文件，他称之为标准Matlab功能。图2- 这些图片表明在三种不同电流密度下，加湿氢和空气分别在常压3和5，温度在80C 时PEM燃料电池膜水含量和燃料电池净水流向量。使用键盘直接进入自定义PDEs 之前已经提到过，Guvelioglu需要在特殊的PDEs 进行工作。燃料电池是一个复杂的多物理量设备，除了常规的一些物理量之外，还包括了特殊的物质运输方程，这些方程描述了水在膜内的运输环境。因为质子在膜内的运动影响水运输、普通的转换和扩散，这些方程就显得很重要。他的应用在多孔渗水电极流动中使用了达西法则，在多成分的散式、转换、电极核隔膜中的电荷平衡中使用了Maxwell-Stefan方程，并在催化层本地电流密度处使用了Butler-Volmer 动力学原理。 COMSOL Multiphysics给我机会能够专心解决燃料电池问题而不是把时间都浪费在学习使用一项特殊工具上。另外，在特殊的水物质流量方程中，第一个公式支配了迁移过程。这个公式没有包含通常说的运输过程，但在COMSOL Multiphysics 软件却有灵活的用户界面，让他可以直接在画图用户界面自由地设置公式，而不用写用户编码，编译之后可连接到软件包。与热处理相连接，这个分析是仿真器很重要的组成部分，因为膜内水浓度变化导致离子传导性增强，继而增强燃料电池的效率。图2中的表格总结了三种操作电压下（电流密度）隔膜中水的成分和净水流量。在低电流密度下（左边），由于负极的高压，净水流量从负极到正极，自然正极的水含量高。当电流密度升高（中间），迁移的流量超过了扩散的和对流的流量，净水流量改变方向。当电流密度再次升高，迁移流量、扩散流量和对流流量差变大，右边图中膜的水含量就明显减少。低水含量增加了膜的电阻，温度也随电阻热量升高而变高，会对膜产生潜在的损害。同时，增加的净水流从正极流向负极，表明从负极到正极回来扩散和转换的水不够让膜保持一定含水量，需要增加燃料和氧化剂添加多于的水来增加湿度。但是如果增加过多的水，会让电极被水淹没，制造运输限制并降低能量的输出，甚至使输出中断。因此，Guvelioglu使用他的COMSOL Multiphysics模式来小心平衡水含量，保持高效可靠的燃料电池工作状态。简单的模式优化在设计电池的时候，每个方面都起作用：电池电压，正极和负极的气压，相关的密度（指燃料和氧化剂中含有的水），各个部分的尺寸，以及里面最重要的膜和气槽。 Guvelioglu 多数时候利用带Matlab 的COMSOL Multiphysics软件来优化模型和做多数灵敏性工作，因为其中的控制线进入系统给他提供了巨大的便利，来研究模型的几何参数，如槽和两极板侧翼尺寸，还有操作条件等。他可以使用For 回路－其他CFD 软件包中没有的功能，进入单独的Matlab M-文件中来研究。他解释道，通过COMSOL Multiphysics软件，我可以编辑代码中的某一条来改变槽的大小。COMSOL Multiphysics软件同时也给我提供便利，只需要一个软件和用户界面就可以完成几何，废物和后处理。我可以在完成几个指南后数小时内使用工具做模型研究，COMSOL Multiphysics给我机会能够专心解决燃料电池问题而不是把时间都浪费在学习使用一项特殊工具上。对于Guvelioglu来说，这个工具的灵活性和简单转换功能还被用到其他领域研究。我们使用COMSOL Multiphysics软件不仅仅作为燃料电池的研究，还运用在解决其他问题上，如等离子发电机和电解器。它帮助我们节省了很多时间。现在我可以用它建造完全不同的模型，而比用其他CFD软件包时间要少的多。当我告诉我的同事，我可以用不到一个小时做一个模型，他们都非常惊讶。这个秘密武器就是 COMSOL Multiphysics软件。

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教你如何运用COMSOL做电池（一）各个模块功能的选择

COMSOLFEM 2009-10-21 21:22

COMSOL Multiphysics ，自定义偏微分方程来模拟任何方程可以描述的物理现象。 AC/DC ，模拟燃料电池中的电传导和电势等 Chemical Engineerin g 包含质量传递、动量传递、能量传递方程，用于解决流体流动、物质扩散问题、电化学反应等 MEMS ，微流体、微结构以及电磁问题，解决器件中的电磁－流－热－结构等多种耦合多物理场 Heat Transfer ，用于解决燃料电池中的热传导、对流传热、热辐射问题 Reaction Engineering ，用于解决反应工程、反应热等问题 Structural Mechanics ，用于仿真电池的结构力学问题 Optimization ，设定一个目标函数，进行优化设计 CAD ，导入复杂几何模型 Material ，材料库及自定义材料属性在后续的章节中，我们会陆续为大家讲解集中主流电池的仿真模拟。

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农药在土壤中的传输和反应

COMSOLFEM 2009-10-18 19:10

简介 Aldicarb为商业杀虫剂, 被使用在各种农作物中, 其中包括棉花, 甜菜, 柑橘, 马铃薯, 和菜豆. 普通人可能通过摄入被aldicarb污染的水和食物而受其影响. 这个例子研究的动力降解和其有毒副产品, 研究有毒成份空间浓度分布和降解时间的比例 . 第一个模型中化学物质包含在水池中, 视为一个完美的混合系统. 第二个模型追踪随着农药从水池中浸入土壤的详细分布和通过地面在水中的传输. 描述aldicarb降解路径的动力反应被导入地球科学模块溶质传输应用模式 . 在COMSOL Multiphysics中溶质传输与理查德方程描述的流体流动相耦合. 注意 : 这个模型要求使用COMSOL反应工程实验室和地球科学模块 . 模型定义 Aldicarb降解转化为相应的亚砜和砜 (两者都有毒), 并且通过水解为肟和腈而解毒. 其反应链如图4-17 所示. 有毒的化学物种通过LD 50 值来标识, 由实验老鼠测试致命剂量 (mg/kg)的一半表示. 如上所述, 亚砜和砜模拟aldicarb相对也是有毒的. 第 j 个单分子反应图有比值形式的表达式注意这个例子中浓度的单位为kg/m 3 和速率常数表示为1/天. 完美的混合系统第一个模型对发生在水池中aldicarb的动力分解进行求解 . 水池被视为一个封闭且完美的混合系统. 反应机理转化为如下的质量平衡方程: 以上方程给出求解耦合ODEs的概述并给出降解问题随时间刻度变化的信息 . 空间和时间相关系统一个更详细的模型, 假设aldicarb从水池向相对干的土壤移动 . 在土壤中, aldicarb根据图4-17 给出的机理分解. 另外, 杀虫剂和其衰减产物通过平移, 扩散, 吸附, 挥发作用传输. 几何结构水位于地面上的环形水池中. 土壤被分层并位于岩石上. 水从环形水池底部向土壤中流动. 环形水池中水池已知. 没有流体通过环形水池的垂向壁面或者外表面 . 图4-18: 土体和环形水池的几何结构. Aldicarb随着水从水池中以恒定浓度向土壤流动. 在土壤中, 化学反应和被土壤颗粒吸附 . Aldicarb和aldicarb亚砜挥发到大气中. 吸附, 生物降解, 和挥发过程与水体浓度成线性比例关系. 土壤初始时为纯净的其化学反应的浓度为0. 在环形水池外地表, 挥发到大气的挥发度为 c a 和 c asn . 垂向轴为对称轴. 其他边界条件设置如溶质可以随流体流动自由离开土体. 可以建立2D轴对称模型并追踪10天内的溶质传输. 结果首先, 观察完美混合反应的结果, 在COMSOL反应工程实验室中求解 . 图4-19 给出aldicarb和所有衰减产物的浓度曲线. 10天后只有少量的aldicarb存在. 图4-20 给出大部分有毒成分aldicarb, aldicarb 亚砜, 和aldicarb砜的浓度瞬态变化, 以及这三部分的总变化(见图4-17 对LD 50 值). 考虑总的分布, 甚至数月后污染级别仍然较高. 以下结果源自在 COMSOL Multiphysics中空间和时间相关模型. 图4-21 给出0.3天(左)和1.0天(右)后土壤中的流体流动. 图形给出土壤随时间的湿化. 如箭头所示, 水池下面流体的速度相对较高. 10天以后aldicarb分布显然达到稳态条件 . 这个时间量级由理想反应模型预测得到. 结果也说明考虑aldicarb源污染相对限于局部区域. 换句话说, aldicarb亚砜可以在较长的时间影响相当大的土体. 参考文献 1. J. Bear, J, Hydraulics of Groundwater , McGraw-Hill Inc., 1978. 2. M.Th. van Genuchten, A closed-form equation for predicting the hydraulic of conductivity of unsaturated soils, Soil Sci. Soc. Am. J. , vol. 44, pp. 892898, 1980.

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图解如何用COMSOL模拟PEMFC燃料电池

COMSOLFEM 2009-9-28 21:43

COMSOL Multiphysics 质子交换燃料电池（PEMFC) 目标：模拟交合点流场下的质子交换膜燃料电池工作过程方法： 1）COMSOL不同求解域不同物理场下的分别求解和同时耦合 2）复杂模型运用边界条件进行简化（注：来源于COMSOL自带模型文档,，仅翻译整理以供各位看客共同研究之用)

个人分类: 电化学|11335 次阅读|3 个评论

图解等离子体搬运过程数值模拟——COMSOL Multiphysics

COMSOLFEM 2009-9-14 02:03

小结：利用COMSOL化工模块与反应实验室协同工作，可以提供对化学物种时空行为的可视化描述。对于理解实验结果，COMSOL是一个非常好的工具。同时，COMSOL还可以对反应器的结构进行设计。技术咨询可到如下网址咨询，请注明来自科学网博客： http://feedback.cntech.com.cn/content.php/3060.html

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图解等离子体放电过程数值模拟——COMSOL Multiphysics

热度 1 COMSOLFEM 2009-9-14 01:37

放电过程重要的物理过程：电离-》吸附-》再结合电子与离子的产生是一个雪崩式的链式连锁反应模型的描述：模型的描述（LFA*）用于求解玻尔兹曼方程的数据玻尔兹曼方程的解电离系数随E/N的变化（仿真准确性检验）电子漂移速度随E/N的变化（仿真准确性检验）求解两个流体方程以及泊松方程电子密度离子密度电势分布电场强度 (dphi/dx) 电离率电子密度电势电场强度电离率电子密度离子密度电场强度电离率一维仿真扩展成二维仿真非常容易 (需要占用更多的内存) 电子密度离子密度电离率电场强度 (dphi/dx) 小结： LFA模型的缺陷在QTE问题和RCT问题的处理上的有效性还需要尝试。 LFA模型的优势有利于对等离子体物理中Ne，Ni，EF等物理量的理解。（非常适用于教学用途） COMSOL通过求解PDE方程解决物理问题既可以处理LFA模型，也可以处理其他模型。技术咨询可到如下网址咨询，请注明来自科学网博客： http://feedback.cntech.com.cn/content.php/3060.html

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图解等离子体放电过程模拟——COMSOL Multiphysics

COMSOLFEM 2009-9-14 01:35

放电过程重要的物理过程：电离-》吸附-》再结合电子与离子的产生是一个雪崩式的链式连锁反应模型的描述：模型的描述（LFA*）用于求解玻尔兹曼方程的数据玻尔兹曼方程的解电离系数随E/N的变化（仿真准确性检验）电子漂移速度随E/N的变化（仿真准确性检验）求解两个流体方程以及泊松方程电子密度离子密度电势分布电场强度 (dphi/dx) 电离率电子密度电势电场强度电离率电子密度离子密度电场强度电离率一维仿真扩展成二维仿真非常容易 (需要占用更多的内存) 电子密度离子密度电离率电场强度 (dphi/dx) 小结： LFA模型的缺陷在QTE问题和RCT问题的处理上的有效性还需要尝试。 LFA模型的优势有利于对等离子体物理中Ne，Ni，EF等物理量的理解。（非常适用于教学用途） COMSOL通过求解PDE方程解决物理问题既可以处理LFA模型，也可以处理其他模型。

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COMSOL MUTIPHYSICS 4.0 等离子体模块简介

xiaguangqing 2009-7-2 09:22

Plasma Module等离子体模块 A single product for the simulation of collective effects common in plasma applications such as display panels, semiconductor manufacturing, and rocket thrusters 用于模拟平板显示、半导体制造以及火箭推力器（电推进，等离子体推进）等。

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COMSOL大连理工大学有限元与多物理场技术研讨会

xiaguangqing 2009-5-14 12:12

注意：COMSOL软件试用安装光盘及10本COMSOL中文使用手册已于2009年5月22日从中仿科技寄出，请到大连理工大学材料馆314准晶组马同学处领取。 http://www.cntech.com.cn/market/2009-05/COMSOL-seminar-dlut.html 时间：2009年5月21日(星期四)，上午9：30～11：30 地点：大连理工大学研教楼410室主讲内容： 1、有限元与计算机仿真技术； 2、多物理场耦合模拟及COMSOL Multiphysics软件； 3、COMSOL软件功能介绍以及最新动态信息； 4、COMSOL软件在各研究领域的应用案例介绍。应大连理工大学研究生创新中心的邀请，中仿科技和创新中心联合举办COMSOL Multiphysics有限元与多物理场技术研讨会。本次交流会旨在为了改善研究生培养条件，营造研究生创新氛围，强化研究生创新意识、创业精神和创新能力。通过此次介绍希望可以为大连理工大学的莘莘学子们将来的科研工作以及大家更远的从业道路提供帮助。早期的有限元主要关注于某个专业领域，比如应力或疲劳，但是，一般来说，物理现象都不是单独存在的。例如，只要运动就会产生热，而热反过来又影响一些材料属性，如电导率、化学反应速率、流体的粘性等等。这种物理系统的耦合就是我们所说的多物理场，分析起来比我们单独去分析一个物理场要复杂得多。由于计算机资源的缺乏，早期的多物理场模拟仅仅停留在理论阶段，很明显，我们现在需要一个多物理场分析工具。 COMSOL Multiphysics是一款大型的有限元仿真软件，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程分析，被当今世界科学家称为第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力，实现了高度精确的计算机仿真。在学校里，多物理场建模的优势就是让学生们直观地获取了以前无法见到的一些现象，而简单易懂的表达方式也获得了学生们的好感。无论您是COMSOL Multiphysics正式的用户与否，我们都欢迎您。这次研讨会的演示定会使您确信COMSOL在数值分析方面的优势与领先地位；详尽的案例分析演示，使您对采用COMSOL从事各领域科学研究以及工程仿真分析更加坚定信心。本次会议非营利性质，不收取任何费用。 COMSOL在中国，COMSOL Multiphysics是全球第一款真正意义上的多物理场耦合分析软件，中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)是COMSOL集团在中国的唯一合作伙伴，负责COMSOL产品在中国区(包括香港、澳门特别行政区)的技术支持和销售活动。中仿科技公司凭借个性化的解决方案、成熟的CAE产品线、专业的市场推广能力以及强有力的技术支持服务赢得了国内众多科研院所以及企业的一致认可，目前国内几乎所有知名大学以及中国科学院旗下各研究所都已选择使用COMSOL Multiphysics作为其科研分析的CAE主要工具。随着中仿科技公司在全国的各分公司、CAE技术联合中心，CAE培训中心的成立，提供更专业的更周到的本地化技术服务，目前众多企业也纷纷选用COMSOL Multiphysics作为企业的分析工具,应用全球最先进制造技术，最终增强企业的核心竞争力，保证了企业持续发展。关于COMSOL COMSOL公司在 1986 年成立于瑞典的斯德哥尔摩，目前已在比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、挪威、瑞士、英国和美国麻州、加州等成立分公司。关于公司的其他信息可以参见 www.comsol.com 关于中仿科技中仿科技(CnTech)是中国内地、香港、澳门领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案的供应商。CnTech是中仿集团旗下的旗舰公司，总部设在香港，目前在全国设有四个分公司，分别是上海、北京、武汉和深圳。除了强大的销售和技术支持网络之外，我们还设有专业的售后服务团队和培训中心，为了更好的服务广大客户，公司将陆续在全国各大主要城市设置业务分支机构。CnTech业务包括项目咨询和专业软件的集成和实施等，凭借多年来广大客户的支持和信任以及CnTech员工们的奉献精神和责任心，已为国内外数百家企业、高校及科研院所提供专业软件系统及项目咨询等服务，服务领域涉及教学科研、机械工业、土木工程、生物医学、航空航天、材料科学、化学化工、冶金科学、汽车工业、电子电器、气象环保、采矿和石油工程等行业。中仿科技是COMSOL 公司在中国区独家总代理。CnTech将始终怀着谦虚、诚实、敬业的态度，秉承关注客户需求、提升客户价值的核心理念，始终遵循客户满意为止的服务准则，真诚地为客户排忧解难、出谋划策、坚持不懈，及时为国内外客户提供全球最前沿最顶端的科技服务，力争成为仿真技术行业的典范！关于CnTech更多的软件产品以及服务信息，请登录公司网站： www.CnTech.com.cn 获取更详尽资料。

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