腐蝕模組

 

COMSOL Multiphysics ® 5.3版本針對“腐蝕模組”的用戶新增了電流分佈,殼介面和電流分佈,邊界元介面,以及一個用於模擬裂隙中化學物質傳遞的物理場介面。請閱讀以下內容,進一步了解相關信息及“腐蝕模組”的其他更新。

電流分佈,邊界元介面

電流分佈,邊界元介面可用於對基於邊(束或導線)和表面單元的幾何求解一次和二次電流分佈問題。此介面使用邊界元法(BEM)公式求解電導率恆定的電解質中電荷傳遞方程,其中電極指定在邊界上,或指定為邊周圍半徑給定的管道。對於主要部分可以近似為沿邊管道的大型幾何,使用此介面後通常可以減少網格剖分的時間及求解器的計算時間。

船體絕緣的船隻及石油鑽塔的模型。

一艘船在靠近鑽井平台處拋錨,船體受到陰極腐蝕系統中電場的作用。左圖顯示(例如)塗有厚油漆的絕緣船體。

一艘船在靠近鑽井平台處拋錨,船體受到陰極腐蝕系統中電場的作用。左圖顯示(例如)塗有厚油漆的絕緣船體。
部分船體由裸鋼製成的船隻及石油鑽塔的模型。 一艘船在靠近鑽井平台處拋錨,船體受到陰極腐蝕系統中電場的作用。該圖顯示部分船體為裸鋼的船隻,其中的船體充當雙極電極,船頭作為陽極,船尾作為陰極。靠近船的石油鑽塔結構發生陰極極化。一部分外加電流從犧牲陽極(鋁棒)經海水流過船體,再經海水流入石油鑽塔結構。 一艘船在靠近鑽井平台處拋錨,船體受到陰極腐蝕系統中電場的作用。該圖顯示部分船體為裸鋼的船隻,其中的船體充當雙極電極,船頭作為陽極,船尾作為陰極。靠近船的石油鑽塔結構發生陰極極化。一部分外加電流從犧牲陽極(鋁棒)經海水流過船體,再經海水流入石油鑽塔結構。

電流分佈,殼介面

電流分佈,殼介面模擬沿邊界切向的離子流傳導,適用於大氣腐蝕等問題中法向電位變化可忽略的薄電解質。其中,金屬表面可能形成一層極薄的電解質膜。此介面可用於分析離子流,而不必在三維中對此液體層執行網格剖分。

使用“電流分佈,殼”介面創建的模型。

電位分佈。

電位分佈。

三次電流分佈,Nernst-Planck介面中的離子交換膜內部邊界條件

新的離子交換膜邊界節點指定了這樣一個邊界條件,其中的離子通量連續,但電解質電位不連續,且可以由唐南平衡來描述。此邊界條件通常用於同時包含自由電解質和離子交換膜的電化學電池,例如透析問題。介面上的唐南電位偏移根據界面每一側帶電離子的濃度自動計算。

釩氧化還原流電池的電解質電位圖。

顯示自由電解質與離子交換膜之間界面上電位偏移的釩氧化還原流電池中的電解質電位。

顯示自由電解質與離子交換膜之間界面上電位偏移的釩氧化還原流電池中的電解質電位。

如需更新的“釩氧化還原流電池”模型,請訪問以下“案例庫”路徑:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Flow_Batteries/v_flow_battery

三次電流分佈,Nernst-Planck介面中新增的電荷守恆模型

三次電流分佈,Nernst-Planck介面現在支持四種不同的電荷守恆模型:電中性、水基電中性、支持電解質,以及泊松。

薄電極層功能

薄電極層特徵可用於對電極域中內部邊界上的薄絕緣片或阻抗片建模,用作在模型幾何中繪製實際層域的替代方法,大大減少了網格剖分和求解時間,尤其是在三維模型中。例如,薄電極層可用於對兩個電子導體之間的接觸阻抗建模。它可以被設為絕緣或阻抗。

薄電解質層

薄電解質層特徵可指定兩個電解質域之間內部邊界上的薄電解質層,用作在模型幾何中將實際層繪製為域的替代方法,以顯著減少網格剖分和求解時間。該條件可以設為絕緣、阻抗或離子交換膜。該特征代替了先前版本中的薄絕緣層特徵。

電路終端條件

您可以在邊界上使用電路終端特徵,以指定與“AC/DC模組” 電路介面中的外部I vs. U節點的耦合。電路終端條件現在也可用作電極表面節點中的邊界條件,還可用作單粒子電池介面中的工作模式。這樣您就可以在電路模擬中包含高保真電池模型。

新的裂隙中的稀物質傳遞介面

通常來說,裂隙的厚度相對於其長度和寬度尺寸非常小。在模擬這類裂隙中的化學物質傳遞時必須對裂隙表面的厚度進行網格剖分,而由於裂隙尺寸方面的較大差異,使其寬高比非常大,因此這類模擬通常非常困難。新的裂隙中的稀物質傳遞介面將裂隙視為殼,因此僅需要將橫向尺寸剖分為表面網格。

該介面支持定義平均裂隙厚度,以及裂隙可視為多孔結構這類情況中的孔隙率。對於化學物質傳遞,此介面中可以定義有效的擴散率模型來包含孔隙率效應。對流傳遞可以耦合到薄膜流動介面,或通過包含您自己的方程來定義通過裂隙的流體流動。此外,還可以將化學反應定義為發生在裂隙內、其表面上或在裂隙周圍的多孔介質中。

演示沿稍微彎曲的裂隙表面進行稀物質傳遞的示例。 沿輕微彎曲的裂隙表面傳遞稀物質。彎曲表面上遍布壓印的蛇形路徑,其中存在流動和化學物質傳遞。 沿輕微彎曲的裂隙表面傳遞稀物質。彎曲表面上遍布壓印的蛇形路徑,其中存在流動和化學物質傳遞。

多孔介質稀物質傳遞介面中的裂隙表面

在含裂隙的多孔三維結構中進行傳遞的情況中,新的裂隙邊界條件支持模擬薄裂隙中的傳遞,而不必將其剖分網格為三維實體。裂隙邊界條件包含在多孔介質稀物質傳遞介面中(見圖),且其設置與裂隙中的稀物質傳遞介面中的相同(詳見前面的描述)。流體流動和化學物質傳遞在三維多孔介質結構以及裂隙中的流體流動和化學物質傳遞之間無縫耦合。

下圖顯示了多孔反應器模型中的濃度場。此模型中,扭曲的裂隙將反應物從左到右“洩漏”到較遠的多孔催化劑中,其速度要比多孔介質傳遞的速度快。這是因為與周圍的多孔催化劑相比,裂隙表面的平均孔隙率要高得多,從而得到更快的質量傳遞速率。

“裂隙中的稀物質傳遞”介面設置的屏幕截圖。 通過三維反應器的濃度等值線和裂隙表面的表面濃度。裂隙表面的質量傳遞速率較高,使大量未反應的物質滲透(從右到左)到催化劑床中。我們可以看到,裂隙表面從右到左濃度的變化非常小(從0.63變為0.62 mol/m 3 )。 通過三維反應器的濃度等值線和裂隙表面的表面濃度。裂隙表面的質量傳遞速率較高,使大量未反應的物質滲透(從右到左)到催化劑床中。我們可以看到,裂隙表面從右到左濃度的變化非常小(從0.63變為0.62 mol/m 3 )。

新的電泳輸送介面

新的電泳輸送介面可用於研究水溶劑中弱酸、鹼和兩性電解質的傳遞。此物理場介面通常用於模擬各種電泳模式,如,區帶電泳、等速電泳、等電聚焦以及移動界面電泳,適用於有關多種酸鹼平衡的任意水系統。

將混合有兩種蛋白質的樣本完全分離成兩個清晰的濃度峰值的區帶電泳。