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模擬電化學腐蝕過程和陰極保護設計的軟體

電化學腐蝕無處不在

全球每年在腐蝕方面的費用超過一兆美元。大多數腐蝕是由於水下和潮濕環境中的電化學反應過程而產生的。化學腐蝕模組使工程師和科學家可以研究這些過程,了解在結構的使用壽命中可能發生的腐蝕程度,並實施預防性措施來抑制電化學腐蝕,保護它們的結構。在微觀尺度下腐蝕模組可用於模擬腐蝕,研究其基本機制,在更大尺度上可以用來確定如何保護整體結構或結構長期免受腐蝕。

  • 腐蚀物质沿缝隙长度方向上的浓度分布
  • 船壳上的电解质电势(ICCP)
  • 在镀锌钉子电化学腐蚀的三次电流分布研究中,铁的浓度和电解质电势的等值线。

關鍵是理解腐蝕機理

化學腐蝕模組包含的特徵、介面和示例模型,使您可以直接模擬所有電化學腐蝕過程,例如原電池腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕。通過模擬腐蝕表面的變化及其附近的電解質中的變化,研究腐蝕性物質和腐蝕材料中的傳遞過程。化學腐蝕模組含有對腐蝕電位和電流分佈進行模擬的標準介面,可以通過TafelButler-Volmer 或其他用戶定義的方程來描述電化學反應動力學。通過腐蝕模組可以得到大量的信息,包括電化學反應、電解質和金屬結構中的電位、均相化學反應以及腐蝕過程中特有的現象(例如金屬表面由於腐蝕而發生變化)。

 

優化腐蝕保護系統

化學腐蝕模組可以幫助您設計有效的防腐蝕系統。包括模擬外加陰極電流保護(ICCP)、犧牲陽極和陽極保護,通過在腐蝕材料上施加陽極電流來強制鈍化。

使用化學腐蝕模組來研究微觀尺度下的特殊保護機理,得到的相關結果參數可用於更大尺度結構的模擬,例如保護結構上的氫氧化膜生長。您可以在COMSOL Multiphysics ®中導入CAD 文件,然後設置條件來描述保護過程。確定結構中容易發生加速腐蝕的區域之後,您可以指定犧牲陽極的位置,以及應施加陰極或陽極保護電流的位置。

腐蝕模組的另一個應用是估計雜散電流對地下結構或水下結構腐蝕的影響。為避免這種腐蝕現象,您還可以使用該模組來優化保護電極的位置分佈。經過合理設計之後,這些電極會影響雜散電流的吸收,防止雜散電流源附近的結構(例如鐵軌)發生腐蝕。

 

模擬電化學腐蝕的各種效應

隨著時間的推移,腐蝕對結構的影響可能會是完全災難性的。由於腐蝕會溶解結構材料,因而可能會危及結構的完整性。

在某些情況下,您可能希望同時進行腐蝕分析與結構分析,以確定哪些部分結構受到高應力和高應變的影響。這些部分中的腐蝕可能會是破壞性的,所以需要確定這些部分受到保護。要了解腐蝕的影響並優化您的腐蝕保護設計,您可以將化學腐蝕模組與結構力學模組聯合使用。這需要使用COMSOL Multiphysics ®的強大功能,實現任何兩個模組之間的耦合。

在其他情況下,可能需要將湍流或多相流與化學物質傳遞進行組合。這樣,您可以使用CFD 模組,並結合化學腐蝕模組中的質量傳遞介面,精確地描述質量傳遞。

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