COMSOL 博客

借助 App 研究透析设备中的代谢废物排出过程

对于肾功能衰竭患者来说，透析治疗是一件性命攸关的大事。高性能的透析装置可提高代谢废物排出率，进而提升血液透析治疗效果。为了提升设备性能，设计者可以使用数值建模 App 对血液透析过程的各个方面进行研究。本文将以膜透析装置为例，展示 App 能够帮助用户快速分析不同参数的影响，并有效改进设计。

使用转子动力学模块分析各类旋转机械

在模拟旋转机械时，可通过研究振动对机器性能的影响来有效避免机器故障。为了实现这一目标，一种方法是使用新的“转子动力学模块”，它是 COMSOL Multiphysics® 软件“结构力学模块”的扩展模块。在本文中，我们将介绍“转子动力学模块”，带领你了解它的实用特征和功能，助你改进旋转机械设计流程。

借助结构力学分析确认板球板的“甜区”

在竞争激烈的职业板球比赛中，每一次击球对于比赛的胜负来说都非常重要。为了提升击球的力度，击球手需要一个精心设计的球板并了解如何正确使用。设计更完美的球板是提升击球手击球技能的重要途径，而设计的重点便是找到所谓的“甜区”。来自西印度大学（University of the West Indies）的一支研究团队利用 COMSOL Multiphysics® 完成了结构分析，并找到了球板的最佳击球点。

优化用于海洋声学层析术的可调式风琴管

海洋声学层析系统通过在两个仪器之间传播音频信号来测量温度。这类系统一般需要利用低频信号来覆盖宽频带，并要求使用大功率声源。可调式风琴管能够平衡效率与功能，是实现上述目标的可靠选择之一。Teledyne Marine Systems 集团下设的 Advanced Technology Group 的研究人员使用仿真改进可调式风琴管设计，并对仿真与实验测试结果进行了比较。

使用多物理场建模分析真空干燥机的速度

在某些食品和制药行业中，经常使用不同类型的干燥机来干燥热敏性产品。真空干燥机提供了一个解决方案，从这些敏感物质中去除水和有机溶剂。为了获得最佳的真空干燥机设计性能，工程师需要权衡快速干燥时间和高质量产品的双重需求。为此，您可以使用 COMSOL Multiphysics® 软件研究真空干燥过程。 真空干燥机的优势和功能 从古至今，人们就一直将干燥作为保存食物的一种方法。随着时间的推移，干燥过程从露天干燥或日光干燥逐步扩展到其他干燥技术，例如太阳能干燥，冷冻干燥和真空干燥。从制药到塑料行业等，干燥也是许多应用领域的关键过程。 今天，我们将重点专注于真空干燥的化学过程，这在干燥热敏材料（例如食品和药品）时特别有用。真空干燥机在制药行业通常被称为真空烤箱，同时它还具有其他优点。因为真空干燥机需要在较低的温度下才能运行，所以其消耗的能量更少，从而降低了成本。同时，真空干燥器还能回收溶剂，避免氧化。 旋转真空干燥机。MatyldaSęk 提供自己的作品。通过 Wikimedia Commons 在 CC BY-SA 3.0 下获得许可。 真空干燥机可去除湿粉中的水和有机溶剂。干燥机的工作原理是在真空中降低液体周围的压力，从而降低液体的沸点，并提高蒸发速率。结果，液体会以更快的速度干燥（此过程的另一个主要优点）。 为了使真空干燥有效，我们需要在不伤害产品的前提下减少干燥次数，这意味着我们需要严格控制操作条件。为了平衡这些目标并了解操作条件如何影响产品，可以使用 COMSOL Multiphysics 的多物理场建模功能。 利用多物理场模型分析真空干燥机的干燥速度 今天，我们将分析 Nutsche 过滤干燥机的真空干燥过程。该干燥机的工作原理是从容器的底部和侧壁加热湿的饼，并降低饼顶部的气相压力。该示例基于 Murru 等人发表的论文。（模型文档中的参考文献1）。 首先，让我们近距离查看该模型。该真空干燥机由一个包含湿饼的圆柱滚筒组成，该圆柱滚筒包含三相：固体粉末颗粒、液体溶剂和气体。饼的材料属性需要包括所有三个阶段的属性，这取决于饼中每个阶段的比例变化。每个阶段的部分是由体积分数决定的，这是我们建模的变量之一。 在二维轴对称组件中，将饼建模为半径 40 cm，高 10 cm 的矩形几何形状。在顶部，我们的模型暴露在一个低压顶部空间中。同时，在过滤干燥器的侧面和底部边界处使用热通量边界条件考虑 60°C 的加热流体。 轴对称 Nutsche 过滤干燥机中的真空干燥过程。 接下来，我们的教程结合了蒸发和传热建模，以研究滤饼的液相分布和温度。利用 系数型 PDE 接口计算滤饼的溶剂体积分数，并使用 “ 固体传热” 接口模拟传热。为了解决多孔介质中的水分传输问题，我们在传热模块中使用了预定义的多物理场接口。我们还同时使用热沉和质量沉两项考虑溶剂蒸发，并将溶剂输运作为扩散过程进行近似估算。 我们对模型做出以下假设： 当液相值达到零时，蒸发停止，表明液体已完全蒸发。 当局部蒸气压小于顶空水蒸气压时，蒸发停止，表明蒸发没有驱动力。 当液相的体积分数降至临界值以下时，溶剂中的扩散停止。 在这些情况下，我们可以使用阶跃函数将蒸发速率和扩散系数平滑地降低到零。 我们的烘干机运行速度有多快？ 我们可以看到我们的仿真结果和预期结果基本一致。让我们从30个小时后的滤饼开始分析。如下图所示，滤饼的温度在侧边界和底边界都接近加热流体的温度（60°C）。液相的体积分数在这些受热边界附近最低，而在滤饼的中心最高。此外，表观的水分扩散率在滤饼中心是最高的，在液相蒸发的地方几乎为零。考虑到我们模型的假设，这些结果都是在预期中的。 30小时后，滤饼的温度（左），液相的体积分数（中）和表观水分扩散率（右）。 换种方式，让我们扩展时间范围，看看 10、20 和 30 小时后的蒸发速率。这项研究也得到了预期的结果，它显示出蒸发从加热壁开始，并且当这些边界处的溶剂量减少时，蒸发就减少。在此过程中，蒸发前沿移向滤饼的中心。 10（左），20（中）和30（右）小时后的蒸发速率。 通过仿真得到的定量结果与先前的研究结果非常吻合，这验证了它们的有效性。因此，我们可以使用此模型来准确预测产品随时间的干燥程度。利用此信息，我们可以最大程度地减少产品暴露在高温下的时间。此外，如果要减少热敏产品的干燥时间，我们可以更改干燥机的尺寸。通过多物理场仿真，我们可以设计出效率更高的真空干燥机，以用于各种行业。 联系 COMSOL 进行软件评估 探索更多食品和制药行业的建模应用 自己尝试：下载此博客文章中介绍的真空干燥教程 查看以下相关博客文章： 通过仿真优化生物制药工艺 借助仿真 App 探索生物传感器设计中的生物学 利用仿真 App 优化食品加工工艺中的感应加热技术 优化椰枣热加工过程中的水化操作

借助 COMSOL Multiphysics® 分析搅拌器的设计元素

搅拌器因用途广泛而成为了许多现代工业领域中不可或缺的装置。如果您正在思考如何提高搅拌器设计流程的效率，那么一个能够混合搭配不同搅拌器元素的仿真工具定能助您一臂之力。借助 COMSOL Multiphysics®，您可以创建符合自身需求的搅拌器几何模型。今天，我们将讨论平底搅拌器的层流混合建模问题，以及如何使用 k-ε 和 k-ω 湍流模型来处理碟形底搅拌器中的两个湍流混合问题。

仿真助力减少航空发动机涡轮风扇的噪声

飞机涡轮发动机中的涡轮风扇是主要的飞行噪声源之一。过量的噪声可能会引发一系列健康问题，例如听力障碍、睡眠紊乱和压力疾病。声学建模可以帮助您优化涡轮风扇发动机的设计，减少噪音污染及其负面影响。我们将通过喷射管教程模型，阐明使用声学建模方法的好处。

借助仿真保证冷藏车的制冷效率

为了避免运送物品变质，冷藏车必须保持低温。因此优化车辆的隔热材料和制冷系统是设计中的一项重要流程。为了确保制冷设备在开-关门的过程中的运行效率，法国液化空气集团（Air Liquide）联手 COMSOL 认证咨询机构 SIMTEC，使用 COMSOL Multiphysics® 软件执行了传热与 CFD 耦合仿真。