電場模擬的案例
某電除塵器兩電場改三電場，進口為下進氣結構，電場氣流均布性模擬分析 ￥20
三、模擬結果
在進氣煙道及分布板前端添加導流后，經模擬，本電除塵器內煙氣流動狀態如下所示：
基于GROMACS的電場下水球行為分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；電場；水球; 分子動力學；packmol
在材料科學、電氣工程以及生物醫學領域，水球行為在外加電場下的變化具有重要意義。電場對水分子的影響不僅關系到液體的表面張力，還與電介質的性能、微流控技術的應用及生物細胞的電場響應等問題密切相關。因此，通過分子動力學（MD）模擬研究電場下水球行為成為一種有效且精確的手段。而GROMACS作為一種高效的開源MD模擬軟件，在模擬液體在外場影響下的行為方面具有強大的技術支持。本案例基于GROMACS，研究水分子在外加電場強度下的形狀演變。
初始模型的構建
在本案例中，我們模擬對象為純水納米水球，水分子采用spce水模型。首先創建3*3*3nm的水盒子：
gmx solvate -box 3 3 3 -o waterbox.gro
增大盒子的尺寸，往外擴展出真空區域
gmx editconf -f waterbox.gro -o newbox.gro -box 10 10 10
創建的初始納米水滴模型如圖1所示：
圖1 初始納米水球模型
添加外電場
添加電場設定electric-field-x=2.5 0 0 0, 代表在X正方向加2.5V/nm的電場強度，也可以在Y,Z方向設置（electric-field-y, electric-field-z）。
展開 Mhd電場中帶電粒子運動模擬
Mhd電場中帶電粒子運動模擬
建立模型
根據我司常規電除塵器結構尺寸數據，選擇電除塵器電場中一個通道建立三維模型如下：
三維模型
極板間距400mm，極線間距400mm，極線直徑10mm，電場高度200mm。
邊界設置
進口為速度進口（velocity-inlet）0.2m/s；
出口為壓力出口（pressure-outlet）；
極線設置為wall，電勢48KV；
極板設置為wall，電勢0KV，粒子捕集（trap）；
粉塵粒徑50um，密度550kg/m3，導電率無限大，磁導率1.257e-6h/m，電荷密度0.03897C/m3。
計算結果
電勢云圖
電場強度
電場矢量
帶電粒子運動軌跡
粒子數據如下：
在此邊界數據下，電除塵器的除塵效率為1-97/800=87.88%。
展開 【風能模型】風能模型的發展及 CFD 在風資源開發利用中的應用
CFD在風能發展中的應用
尾流模擬
隨著計算能力的發展，CFD 越來越多地用于風力發電機建模。這里必須區分轉子、近尾流和遠尾流區域：近尾流通常指風力發電機下風處一個轉子直徑內的區域，在此之外是遠尾流區域，風力發電機引起的渦旋結構開始分解，對葉片的空氣動力學的研究被歸為轉子模型。基于 N-S 方程，轉子和近尾流計算大約在 10 m/s 風速閾值下可以得到較好的結果。與非定常 RANS 相比，LES 可模擬更高分辨率的湍流尺度，對分析非定常葉片載荷和風力發電機尾流演化具有重要意義。
復雜地形風電場模擬
近年來 ，復雜地形風場 CFD 模擬得到快速發展。Murakami 等基于 CWE 發展了局地風場預報系統進行風電場選址，用新的線性 k-ε 湍流模型和冠層模型精確預測局地風能分布，對二維山脊、山地以及草地下墊面的起伏地形的預測結果比 WAsP 好。
使用 CFD 模擬復雜地形大氣流動通常非常耗時。對于目前的處理器，只有使用并行計算才足以使用 CFD 進行風場預測，即代碼運行速度比真實天氣演變更快。Castro 等用并行版本的 VENTOS CFD，成功進行了風電場風功率預報，并與中尺度模式結合，形成短期預測工具，對位于葡萄牙北部門多羅/布斯塔維德風電場進行模擬，顯示了并行效率對預測的影響。
參考文獻：程雪玲. 風能模型的發展及CFD在風資源開發利用中的應用[J]. 空氣動力學學報, 2023, 41(6): 1-15.
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展開 
復旦大學彭慧勝團隊新突破：鋰電池容量接近理論值
(a)-(d)常見鋰箔負極和鋰/碳管骨架復合電極鋰沉積的仿真電場模擬及示意圖，具有高比表面積的3D-CSC導電骨架能有效避免電勢集中，促進均勻沉積。(e)-(g)不同幾何結構碳納米管骨架在鋰金屬沉積量增大時的應力分析模擬。
在該體系中，取向碳納米管能形成高比表面積(424.2 m2/g)的導電網絡，在鋰金屬沉積/剝離過程中能有效分散實際電流密度，緩解鋰枝晶的生成，防止枝晶刺穿隔膜引起短路等安全問題。研究人員通過層層交錯組裝三維取向碳納米管骨架，得到初始厚度僅為1 μm左右的碳納米管骨架，可直接作為集流體進行電池組裝；其厚度隨著鋰金屬沉積量的增加而增大，始終保持電極整體處于較為穩定的狀態，緩解了鋰金屬負極因充放電過程中產生巨大體積變化導致SEI膜破裂加劇電解液副反應等問題；得益于該三維骨架輕質(~0.07 mg/cm2)的特點，在引入骨架解決鋰負極枝晶問題的同時，所得到的復合電極展現出3656 mAh/g的比容量，達到了鋰金屬理論容量的94.7%。將該復合鋰金屬負極構建鋰氧全電池表現出大幅提升的循環穩定性。
圖2. 交錯碳納米管復合鋰金屬負極(Li/3D-CSC)與其他應用于鋰氧電池中的負極性能對比(左)及與其他典型鋰電極的性能對比(右)。
該研究中提出的通過一維納米材料構筑層層交錯結構在結構化鋰負極及相關電池構建中具備普適性。未來研究課進一步優化鋰金屬骨架的幾何微結構、材料構成及設計界面，繼續提升鋰負極的穩定性和電化學性能，從而得到更高性能的鋰氧電池助力電動汽車等領域的發展。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201814324?af=R
來源：學術幫
展開 計算電磁學模擬：使用哪個模塊？
AC/DC 模塊和MEMS 模塊擴展了基本模塊的功能，例如，通過提供簡化模型設置的終端條件和用于模擬相對較薄的導電和絕緣區域的邊界條件，以及模擬僅通過幾何上較薄并可能具有多層結構的電流的單獨物理場接口。
另一方面，假設我們對材料介電常數為 的完全絕緣介質中的電場感興趣，可以求解方程：
該方程計算了不同電勢下對象之間的介電區域中的電場強度。該方程也可以使用 COMSOL Multiphysics 基本模塊求解，并且 AC/DC 和 MEMS 模塊再次通過例如終端條件、模擬薄介電區域的邊界條件和介電材料中的薄間隙擴展了功能。此外，這兩種產品還提供了邊界元公式，它求解了相同的控制方程。如之前的博客文章所述，它對于僅由導線和表面組成的模型也具有一些優勢。
時域和頻域電場模擬
一旦要模擬時變電場，就會同時存在傳導電流和位移電流，這時我們會想使用 AC/DC 模塊或 MEMS 模塊。與上面的第一個方程略有不同，在時域情況下，求解方程可寫為：
這個瞬態方程可以同時求解傳導電流， 和位移電流 。當源信號不是諧波，并且我們希望隨時間監視系統響應時，可以使用此方法。電路中電容器的瞬態模擬模型是一個你可以查閱的示例。
在頻域中，我們可以求解穩態方程：
此時，位移電流為 。使用此方程的一個示例是電容器頻域模擬。
使用 AC/DC 模塊模擬磁場
AC/DC 模塊解決了穩態、時域或低頻狀態下的磁場模擬問題。
對于沒有電流流過的模型（例如磁體和磁性材料的模型），可以簡化麥克斯韋方程組并求解磁標勢 ：
可以使用有限元法或邊界元法求解該方程。
一旦模型中存在穩態電流，我們就必須求解磁矢勢 。
該磁矢勢用于計算 ，并且電流 可以通過施加或通過增廣先前的電標勢和電流方程來同時計算。這種情況的典型例子是亥姆霍茲線圈的磁場。
展開 基于COMSOL的礦用負荷電纜熱路模型仿真分析
經過網格劃分、有限元分析后輸出電纜電場與溫度場分布，并將得到的溫度值按照溫度高低建立電場與溫度場分布圖如圖1所示。
圖1 正常狀態下電纜電場與溫度場分布
由圖1可知，電纜最大場強為3.52 MV/m；溫度越高顯示位置越往上，越往下表示溫度越低。電纜的溫度主要來自于內部的線芯，熱量經過電纜各層結構逐漸向外傳遞。溫度最高的是電纜銅導體，溫度值為80.5℃；溫度最低的是電纜外護套，溫度值為58.7℃。
2 不同因素對電纜溫度場的影響
(1）電纜老化對溫度場的影響分析
隨著電纜使用時間的增長，特別是長時間超負荷運行條件下，電纜絕緣層介電常數會逐漸下降，并且在電流熱效應作用下，負載電流通過電纜時必然導致導體發熱。因此，通過改變電纜絕緣介電常數的方法模擬老化后的電纜進行電場與溫度場模擬。分別設定絕緣介電常數為正常狀態下的90%、75%、60%，仿真結果如圖2所示。
圖2 絕緣介電常數下降后電纜電場與溫度場分布
由圖2可知，當絕緣介電常數分別為正常狀態的90%、75%、60%時，電場，電纜內部最大場強分別為3.68 MV/m、3.87 MV/m、4.31 MV/m；線芯溫度最大值分別為81.2℃、83.4℃、98.4℃。由此可見，老化后的電纜由于絕緣介電常數的下降，電場強度和溫度都明顯增大。由于場強和溫度的增大，且隨著老化程度增加，電纜線芯溫度升高，若電纜溫度超過規定溫度并長時間運行，會加速了電纜的老化，嚴重影響電纜壽命。
(2）電纜損傷對溫度場的影響分析
電纜在井下搬運、安裝以及使用過程中，由于受到不確定因素的影響造成電纜結構層損傷，因此，采用切割電纜的形式模擬受損后的電纜，且絕緣層以外的結構層同時被切割，對電纜某一相分別切割1 mm、2 mm、3 mm進行溫度場與電場模擬如圖3所示。
展開 Ansys Lumerical | SPAD暗計數率模擬
在第一個界面中，用戶必須指定沿一條電場線的電場和溫度。在本例中，我們使用適合 Si 的沖擊電離模型，根據提供的電場和溫度計算沖擊電離系數。該模型在 1975 年定義的，Okuto，半導體結中雪崩擊穿電壓的閾值能量效應。同一參考也提供了 Ge 的參數。
在第二個ATP接口中，用戶可以直接提供沿一條電場線計算的沖擊電離系數，而不是提供電場和溫度。這樣，任何任意沖擊電離模型都可以由用戶在腳本中實現，并作為 atp 的輸入提供。
3D ATP模型
目前，步驟 2 中的腳本在二維空間中計算雪崩觸發概率。因此，電場的CHARGE模擬也是在步驟1中以2D方式完成的。啟用 3D ATP 需要對步驟 2 中的兩個腳本進行重要的修改。如果用戶需要 3D 并且無法進行所需的修改，可以尋求技術支持。
附錄
模擬 DCR 與測量 DCR 的比較
為了對我們的仿真結果進行基準測試，我們與TRIUMF 的探測器設計研究小組合作。他們與合作伙伴合作，在專有的Si SPAD器件上進行了DCR測量。
展開 Ansys Zemax | 如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（一）
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本文是系列文章的第一部分，介紹了OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具，該工具能夠在自由空間中模擬電場的傳播。文中還引入了Beam File Viewer功能，它可用于檢查每個表面上光束的相位和強度。
介紹
物理光學傳播 （POP） 工具是 OpticStudio 中唯一需要動手指導才能獲得正確結果的工具之一。原因在于它采用標量衍射理論在空間中模擬電場的傳播，從而對菲涅耳傳播過程非常敏感。這個過程必須在實現高光束分辨率與捕獲所有空間頻率的寬網格寬度之間取得平衡。因此，用戶每次都必須徹底檢查 POP 運行的設置和結果。
本系列將介紹使用 POP 設置和評估簡單系統的正確方法。在本文中，我們將討論示例系統并研究評估 POP 結果的方法。
物理光學傳播幫助文件
因此，在閱讀這一系列文章之前，請先閱讀OpticStudio提供的資料（幫助手冊）中有關物理光學傳播的內容。
如下圖所示，可以在Help菜單欄中找到"Help System"按鈕，直接搜索“POP”，或者從目錄中選擇“The Analyze Tab \ Laser and Fibers Group \ About Physical Optics Propagation”。
示例鏡頭文件
本文的范例結構如下圖所示：該系統由兩片非球面單透鏡構成。第一片透鏡準直光束，第二片透鏡聚焦光束。其中：兩片透鏡都使用了r4非球面系數來校正球差。
注意：在光束的準直部分有一個小的中央遮擋，系統的波長設置為 1 um。
假設系統光源為光纖提供的高斯光束。
設置系統Aperture Type為Object Space NA，Aperture Value為0.05。
展開 Science | 納米尺度光的“反常”折射現象
（B，C）α-MoO?和石墨烯/α-MoO?異質結雜化極化激元電場模擬仿真圖
實驗觀測極化激元可逆負折射聚焦
在上述理論基礎上，戴慶課題組利用近場光學顯微鏡，通過金屬天線作為激發源，成功在實驗上實現了面內負折射現象，揭示了極化激元面內負折射的主要特征（如圖2所示）。當雙曲極化激元在α-MoO?側發射并向石墨烯覆蓋的α-MoO?區域傳播時，極化激元由于兩側群速度沿y方向投影相反，會在界面處發生與正常折射相反的光線偏折現象，即負折射現象。
研究團隊在實驗上觀察到天線激發的極化激元的凹面波前在傳輸過程中急劇收縮，形成一個焦斑（由紅色箭頭所示），之后由于衍射效應，匯聚的極化激元波前再次發散（如圖2A，C所示）。研究團隊將發射天線放置在石墨烯/α-MoO?側（圖2B，D），依舊可以清晰得看到極化激元的
負折射現象，這證明了面內極化激元負折射現象的可逆傳播。
除此之外，負折射聚焦形成的焦斑尺寸突破了傳統光學的瑞利衍射極限，為自然光波長的1/60，形成了極強的光場壓縮，與此同時，焦點處能量實現了10倍以上的聚焦增強。
圖2：（A，C）實驗(A)和模擬(C)的近場圖像說明了α-MoO?到石墨烯/α-MoO?異質結構的負折射現象，天線現在放置在α-MoO?側。
展開 上海交大《AFM》：抑制鋰枝晶生長！氮氧共摻雜碳納米片陣列
（文：李澍）
圖1NOCA@Cu的合成與表征
圖2碳酸鹽或乙 醚電解液中不同基體上金屬鋰的電鍍/剝離行為
圖3金屬鋰沉積形態
圖4鋰金屬電池的金屬鋰形態、鋰離子和電場模擬
圖5金屬鋰基全電池的電化學性能
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交錯組裝碳納米管制備超高比容量鋰金屬負極用于鋰氧電池
圖四：電場仿真模擬和結構穩定性
(a-b) 常規Li箔和3D-CSC的電場分布模型；
(c-d) Li在Cu箔和3D-CSC表面上的沉積行為示意圖；
(e-g) 在給定的Li沉積厚度下，Li枝晶對不同CNT框架結構（即3D-CSC，平行堆疊的CNT薄膜和隨機分散的CNT膜）的范式等效應力分布。
圖五：基于常規Li和Li/3D-CSC負極的Li-O2全電池的電化學性能
(a) 基于Li/3D-CSC負極的Li-O2電池的充放電曲線；
(b) 基于Li箔負極的Li-O2電池的充放電曲線；
(c) Li-O2全電池在(a)和(b)中的相應循環性能。
圖六：循環后Li箔和Li/3D-CSC負極的表征
(a) SEM圖和示意圖顯示了循環后Li箔和Li/3D-CSC負極的形態；
(b) Li箔和Li/3D-CSC負極循環后的紅外吸收光譜；
(c-d) 在Li-O2電池中循環后， Li箔和Li/3D-CSC負極SEI的XPS表征。
【小結】
綜上所述，作者通過為超高容量鋰負極設計交叉堆疊和多孔結構，展示了一種通用的、有前途的策略。這種結構結合了高比表面積、周期性孔隙率、低質量密度和高結構穩定性等優點，可應用于各種一維導電納米材料。該Li/3D-CSC負極顯示出意想不到的接近純鋰的理論值的比容量，且具有很高的穩定性。Li-O2電池采用該負極時，由于其無枝晶形態和穩定的SEI，循環穩定性顯著提高。這項工作可能為充分利用Li-O2電池的優勢為未來的應用開辟一條新的途徑。
展開 電浸潤數值仿真 ￥800
電浸潤，也稱為電滑動潤濕，是指利用電場來影響液體在固體表面上的潤濕性質的過程。當一個電場施加在液體-固體界面上時，電場會對液體中的帶電粒子（如離子、極性分子）產生作用力，改變液體分子在固體界面上的排列方式和潤濕性。電場可以改變液體的表面張力和接觸角，從而影響液體在固體表面上的潤濕行為。電浸潤廣泛應用于潤滑、涂覆和涂布等領域。它可以改善潤滑液在摩擦副界面的潤滑效果，減少摩擦和磨損；也可以提高涂層的附著性和均勻性；還可以調節涂布過程中的涂布速度和涂布厚度分布，實現更加精準的涂布控制。
本案例建立了一微通道屏障結構，模擬了電場作用下液體在微通道內受到屏障邊界作用后的流動。仿真模型及模擬結果如下圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
展開 基于PERL語言的MS中Forcite模塊的添加電場力場腳本
在科研計算中，電場和力場的施加對于模擬結果的準確性和可靠性具有決定性的影響。它們能夠模擬真實環境中的相互作用，為科研人員提供更加準確、可靠的數據支持。為了滿足科研人員對于高效、精準電場與力場設置的需求，我們推出了一款功能強大的基于Perl語言的MS Forcite模塊添加電場與力場腳本。下面，我們將對該腳本的功能進行全面、深入的介紹，并探討施加電場、力場的好處以及相關的背景信息。
一、施加電場、力場的好處
模擬真實環境：通過施加電場和力場，可以更加真實地模擬材料在實際環境中的行為。這對于研究材料的電學性能、化學反應動力學等領域具有重要意義。
提高計算準確性：電場和力場的施加能夠更準確地描述原子和分子間的相互作用，從而提高模擬計算的準確性。這對于預測材料性質、設計新材料等方面具有重要價值。
拓展研究領域：電場和力場的引入為研究復雜體系提供了新的思路和方法，有助于科研人員拓展研究領域，探索更多未知的科學問題。
二、背景介紹
電場在科研中的應用：電場在科研領域具有廣泛的應用，如研究材料的電學性能、電化學過程、電子結構等。通過施加電場，可以模擬材料在電場作用下的行為和性質變化，為科研人員提供重要的數據支持。
力場在科研中的應用：力場是描述原子和分子間相互作用的重要工具，廣泛應用于分子動力學模擬、蒙特卡洛模擬等方法中。通過選擇合適的力場模型，可以準確地模擬材料的結構、性質和行為，為科研人員提供可靠的理論依據。
電場與力場的結合：在科研計算中，電場和力場往往需要結合使用。通過同時施加電場和力場，可以更加真實地模擬材料在實際環境中的行為，提高模擬計算的準確性和可靠性。
展開 磁流體攪拌仿真分析 ￥9.99
Fluent MHD磁流體模型可以仿真分析磁流體在磁場力驅動下運動規律以及導電氣體發熱、電弧仿真分析等：
1.利用MHD模型中電場模型，可以模擬電弧、等離子體過程的仿真
2.利用MHD模型中的磁場模型，可以模擬磁流體過程的仿真
3.電場模型和磁場模型，既可以手動設置邊界條件，又可以導入外部電場和磁場條件（.mag格式）
下面我們就利用MHD模型，模擬磁流體在磁場力驅動下運動規律的仿真分析，得到如下仿真結果：
