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COMSOL 仿真助力推进产业创新
2018-05-02 11:53:22· 来源：COMSOL
科技的进步需要相关设备具有更好的性能。当然，这意味着设计本身变得更加错综复杂。仿真为此类设备的分析和优化提供了一种有效途径，并进一步促进了产业创新。今天，让我们看一看来自布法罗大学（University of Buffalo）的研究团队是如何设计多物理场模型和仿真 App，从而将专业的仿真技术推广到更为广阔的工业领域。
科技的进步需要相关设备具有更好的性能。当然，这意味着设计本身变得更加错综复杂。仿真为此类设备的分析和优化提供了一种有效途径，并进一步促进了产业创新。今天，让我们看一看来自布法罗大学（University of Buffalo）的研究团队是如何设计多物理场模型和仿真 App，从而将专业的仿真技术推广到更为广阔的工业领域。
借助仿真推进产业创新
在任何行业，对创新的追求都是一个永恒的主题。以消费类电子产品为例，目前的设计重点已转移到了系统的小型化和轻量化上。而在汽车行业，燃料效率是车辆设计中的优先考虑因素。在各种情况下，不仅需要确保技术可靠性，还要能迅速将其推向市场才能满足消费者的需求。
创新技术跨越了从消费类电子产品到汽车行业的众多领域。左图：触摸屏笔记本电脑。图像摘自 Intel Free Press。已获 CC BY-SA 2.0 许可，通过 Wikimedia Commons 共享。右图：电动汽车。图像由 Mariordo 拍摄。已获 CC BY-SA 2.0 许可，通过 Wikimedia Commons 共享。
借助仿真可以使设计流程的每一步均摆脱对物理原型的需求，进而可以在质量和效率之间取得平衡。仿真专业人员可以在建模环境中进行一系列测试，以获取最优的构型设计。虽然一些公司可能已经认识到这种方法的优势，但在他们的整个设计过程中，无法实现仿真专业人员的全程跟进合作，来完成模型的搭建和更新。
凭借着在科研和教学时积累的多物理场建模经验，来自纽约州立大学布法罗分校的工程与应用科学学院的 Ed Furlani 教授找到了一种帮助这些组织持续创新和成长的方法。由布法罗大学的研究生组成的跨学科团队为众多企业建立多物理场计算模型和仿真 App，从而为上述问题提供了解决方案。
布法罗大学的 Furlani 教授和他的研究生在一个高性能计算中心进行建模和 App 开发，以推进产业创新。
通过模型和仿真 App 将建模技术推广到各行各业
由布法罗大学的学生团队创建的模型已对多个行业的产品及工艺创新提供了帮助。例如，在膜技术领域，高选择性复合薄膜被认为是未来扩展薄膜系统应用的可行技术。为优化其节能设计，该团队创建了模型以分析层厚、孔隙率、及选择性对薄膜性能的影响。
同时，在储能技术领域，双电层电容器（electric double-layer capacitors，简称EDLC）由于拥有较高的电容量而从众多传统电容器中脱颖而出。通过开发模型来对此类设备的电容量、平衡电荷积累和离子传输进行预测。通过仿真，使团队对 EDLC 性能有了更深刻理解，可以在后续步骤中对其进行优化设计。
EDLC 的几何、仿真模型及电容量预测图。
虽然这些原始模型已帮助将仿真技术推广到了不同行业，Furlani 和他的团队仍在继续努力。为符合不同企业的个性化需求，并使更多人在设计流程中获益，他们开始对这些模型的进行封装并建立简化界面，根据用户的需求对界面布局进行定制。“有了仿真 App，您可以便捷地对用户界面进行自定义，并为不同公司的用户添加他们感兴趣的参数，这是一个非常有用的功能。”Furlani 在 COMSOL News 2016 上的刊载的文章中这样说道。
为分析 EDLC 而开发的仿真 App。
为了进一步推动团队的发展及创新，作为 App 的补充，该团队将COMSOL Sever™安装在学校超算中心的计算集群上使用。这种高性能的计算环境为 App 用户提供了一种访问 App 的简化方式，同时也使布法罗大学的研究团队可以更为方便地对 App 进行管理和部署。
学生如何从设计和管理仿真 App 的过程中受益
布法罗大学的研究生在设计仿真 App 的过程中获取了很多经验，这些经验会让他们今后在其他领域的研究中获益。仅就一点来说，App 可以帮助他们更好地学习工程概念。这是因为，App 的开发是为了隐藏底层模型的复杂性，仿真 App 为新接触仿真或 COMSOL 软件的学生提供了一个有用的入门介绍，有助于鼓励学生对其他特征和功能进行更深入的探索，进而可以让他们在建模环境中更为得心应手地进行操作。
除了作为教学工具，让学生参与开发仿真 App 的另一目的是帮助他们提升自己的业务技能。从设计、修改到针对用户的技术支持，学生学会了及时处理用户在整个使用阶段提出的问题和请求，以确保其拥有良好的用户体验，这同时对促进良好的合作伙伴关系有着重要的意义。
借助仿真推进产业创新
在任何行业，对创新的追求都是一个永恒的主题。以消费类电子产品为例，目前的设计重点已转移到了系统的小型化和轻量化上。而在汽车行业，燃料效率是车辆设计中的优先考虑因素。在各种情况下，不仅需要确保技术可靠性，还要能迅速将其推向市场才能满足消费者的需求。
创新技术跨越了从消费类电子产品到汽车行业的众多领域。左图：触摸屏笔记本电脑。图像摘自 Intel Free Press。已获 CC BY-SA 2.0 许可，通过 Wikimedia Commons 共享。右图：电动汽车。图像由 Mariordo 拍摄。已获 CC BY-SA 2.0 许可，通过 Wikimedia Commons 共享。
借助仿真可以使设计流程的每一步均摆脱对物理原型的需求，进而可以在质量和效率之间取得平衡。仿真专业人员可以在建模环境中进行一系列测试，以获取最优的构型设计。虽然一些公司可能已经认识到这种方法的优势，但在他们的整个设计过程中，无法实现仿真专业人员的全程跟进合作，来完成模型的搭建和更新。
凭借着在科研和教学时积累的多物理场建模经验，来自纽约州立大学布法罗分校的工程与应用科学学院的 Ed Furlani 教授找到了一种帮助这些组织持续创新和成长的方法。由布法罗大学的研究生组成的跨学科团队为众多企业建立多物理场计算模型和仿真 App，从而为上述问题提供了解决方案。
布法罗大学的 Furlani 教授和他的研究生在一个高性能计算中心进行建模和 App 开发，以推进产业创新。
通过模型和仿真 App 将建模技术推广到各行各业
由布法罗大学的学生团队创建的模型已对多个行业的产品及工艺创新提供了帮助。例如，在膜技术领域，高选择性复合薄膜被认为是未来扩展薄膜系统应用的可行技术。为优化其节能设计，该团队创建了模型以分析层厚、孔隙率、及选择性对薄膜性能的影响。
同时，在储能技术领域，双电层电容器（electric double-layer capacitors，简称EDLC）由于拥有较高的电容量而从众多传统电容器中脱颖而出。通过开发模型来对此类设备的电容量、平衡电荷积累和离子传输进行预测。通过仿真，使团队对 EDLC 性能有了更深刻理解，可以在后续步骤中对其进行优化设计。
EDLC 的几何、仿真模型及电容量预测图。
虽然这些原始模型已帮助将仿真技术推广到了不同行业，Furlani 和他的团队仍在继续努力。为符合不同企业的个性化需求，并使更多人在设计流程中获益，他们开始对这些模型的进行封装并建立简化界面，根据用户的需求对界面布局进行定制。“有了仿真 App，您可以便捷地对用户界面进行自定义，并为不同公司的用户添加他们感兴趣的参数，这是一个非常有用的功能。”Furlani 在 COMSOL News 2016 上的刊载的文章中这样说道。
为分析 EDLC 而开发的仿真 App。
为了进一步推动团队的发展及创新，作为 App 的补充，该团队将COMSOL Sever™安装在学校超算中心的计算集群上使用。这种高性能的计算环境为 App 用户提供了一种访问 App 的简化方式，同时也使布法罗大学的研究团队可以更为方便地对 App 进行管理和部署。
学生如何从设计和管理仿真 App 的过程中受益
布法罗大学的研究生在设计仿真 App 的过程中获取了很多经验，这些经验会让他们今后在其他领域的研究中获益。仅就一点来说，App 可以帮助他们更好地学习工程概念。这是因为，App 的开发是为了隐藏底层模型的复杂性，仿真 App 为新接触仿真或 COMSOL 软件的学生提供了一个有用的入门介绍，有助于鼓励学生对其他特征和功能进行更深入的探索，进而可以让他们在建模环境中更为得心应手地进行操作。
除了作为教学工具，让学生参与开发仿真 App 的另一目的是帮助他们提升自己的业务技能。从设计、修改到针对用户的技术支持，学生学会了及时处理用户在整个使用阶段提出的问题和请求，以确保其拥有良好的用户体验，这同时对促进良好的合作伙伴关系有着重要的意义。
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