Семейство продуктов COMSOL®

ПРОДУКТ:Модуль «Коррозия»

Анализируйте электрохимическую коррозию и моделируйте системы катодной защиты с помощью модуля «Коррозия»

Модуль «Коррозия»

Стальная конструкция, погруженная в морскую воду, защищена от коррозии с помощью 40 протекторных анодов. В этом примере моделируется распределение потенциалов на поверхности защищенной конструкции при условии действия постоянного предельного тока реакции восстановления кислорода на защищенной поверхности.

Электрохимическая коррозия происходит повсюду

Чаще всего коррозия обусловлена электрохимическими реакциями, протекающими под водой или во влажной среде. Модуль «Коррозия» позволяет исследовать эти электрохимические процессы, анализировать риск возникновения и масштабы коррозии в процессе эксплуатации конструкции, а также предусмотреть меры для предотвращения коррозии и защиты конструкций. Инструменты модуля позволяют моделировать коррозию на микромасштабах для анализа основных механизмов, и на макромасштабах для разработки методов антикоррозионной защиты массивных конструкций или конструкций с большим сроком эксплуатации.

Важность изучения коррозии

Модуль «Коррозия» содержит инструменты, интерфейсы и примеры моделей, которые позволяют моделировать любые процессы электрохимической коррозии, в том числе контактную, питтинговую и щелевую коррозию. Процессы переноса в коррозионно-активной среде и корродирующем материале учитываются с помощью динамического моделирования изменений, происходящих на корродирующей поверхности и в электролите, контактирующем с этой поверхностью. В состав модуля «Коррозия» включены стандартные интерфейсы для расчёта коррозионного потенциала и распределения плотности тока при коррозии, при этом кинетика электрохимических реакций может быть описана уравнениями Тафеля, Батлера — Фольмера или другими уравнениями. Выполняется полноценное моделирование электрохимических реакций, распределения электрического потенциала в электролите и металлических конструкциях, гомогенных химических реакций и других явлений, сопровождающих коррозионные процессы, в том числе изменения геометрии корродирующей поверхности.


Дополнительные иллюстрации

Изменение концентрации коррозионных частиц по длине щели Изменение концентрации коррозионных частиц по длине щели
Потенциал электролита на корпусе корабля при использовании катодной защиты наведённым током Потенциал электролита на корпусе корабля при использовании катодной защиты наведённым током
Концентрация железа и изолинии потенциала электролита, рассчитанные в модели гальванической коррозии оцинкованного гвоздя с учетом резистивной, активационной и диффузионной поляризации. Концентрация железа и изолинии потенциала электролита, рассчитанные в модели гальванической коррозии оцинкованного гвоздя с учетом резистивной, активационной и диффузионной поляризации.

Оптимизация систем антикоррозионной защиты

Инструменты модуля «Коррозия» помогают проектировать эффективные системы защиты от коррозии. Они позволяют моделировать методы катодной защиты наведённым током, анодной защиты, при которой анодный ток воздействует на корродирующий материал для усиления пассивации, а также защиту с использованием протекторных анодов.

Применяя инструменты модуля «Коррозия» для анализа конкретных механизмов антикоррозионной защиты на микромасштабах, можно получить параметры, необходимые для моделирования макроскопических конструкций, например, можно оценить скорость роста гидроксидной плёнки на защищённых поверхностях. Для настройки и анализа методов антикоррозионной защиты конкретной конструкции в COMSOL Multiphysics® можно импортировать CAD-файлы с геометрией моделируемой системы. Численный анализ позволит найти элементы конструкции, подверженные риску ускоренной коррозии, а также определить оптимальное местоположение протекторных анодов или областей, в которых требуется применить защиту катодным или анодным током.

Ещё одной областью применения модуля является анализ воздействия блуждающих токов на коррозию подземных или подводных конструкций. Также инструменты модуля позволяют оптимизировать расположение протекторных электродов. При правильном проектировании такие электроды будут способствовать поглощению блуждающих токов без коррозии в элементах конструкции, расположенных вблизи источника блуждающих токов, например вблизи железной дороги.

Моделирование долгосрочных последствий коррозии

Долгосрочное коррозионное воздействие на конструкцию может иметь катастрофические последствия. Поскольку в результате коррозии уменьшается количество конструкционного материала, возникает опасность нарушения целостности конструкции и снижения её прочностных характеристик.

Возможно, помимо моделирования коррозии потребуется провести прочностной анализ, чтобы выяснить, в каких элементах конструкции возникают высокие напряжения и деформации. Коррозия таких элементов может стать разрушительной, поэтому нужно обеспечить должный уровень их защиты. Благодаря возможности комбинирования инструментов модулей «Коррозия» и «Механика конструкций», можно строить комплексные модели анализа коррозии и оптимизации антикоррозионной защиты. Архитектура программного обеспечения COMSOL Multiphysics® позволяет строить модели, в которых используются инструменты и интерфейсы из разных модулей.

В некоторых задачах может потребоваться объединить моделирование турбулентных и многофазных течений с расчётном конвективной диффузии химических компонентов. Для решения подобных задач потребуются инструменты модуля «Вычислительная гидродинамика», которые можно использовать вместе с интерфейсами конвективной диффузии, входящими в состав модуля «Коррозия».

Модуль «Коррозия»

Ключевые особенности

  • Моделирование электрохимических реакций с учётом зависимости параметров кинетики, в том числе концентрации и коррозионного потенциала, от температуры
  • Моделирование распределения плотности тока с учётом активационной и диффузионной поляризации на основе уравнений Батлера — Фольмера и Тафеля
  • Моделирование конвективной диффузии в слабых и сильных электролитах с учётом дополнительных механизмов переноса массы, в том числе с учётом миграции ионов в электромагнитном поле
  • Моделирование гидродинамики и массопереноса в пористых средах
  • Учёт предельного тока при описании кинетики электродных реакций
  • Моделирование методов анализа коррозионной кинетики: циклическая вольтамперометрия, потенциометрия, спектроскопия электрохимического импеданса
  • Учёт влияния топологии поверхности на кинетику коррозии, распределение плотности тока и коррозионный потенциал
  • Моделирование ламинарных течений, теплопередачи и джоулева нагрева

Области применения

  • Анодная защита
  • Катодная защита
  • Оценка ёмкости двойного электрического слоя
  • Антикоррозионная защита
  • Щелевая коррозия
  • Гальваническая коррозия
  • Катодная защита наложенным током
  • Ослабление переменного тока
  • Пассивация
  • Питтинговая коррозия
  • Подводный электрический потенциал
  • Магнитные поля, обусловленные коррозией
  • Анализ воздействия переменного и постоянного токов
  • Удельное сопротивление грунта
  • Анодный заземлитель
  • Защитные покрытия

Simulation-Led Strategy for Corrosion Prevention

Submarines: Corrosion Protection or Enemy Detection?

Atmospheric Corrosion

Cathodic Protection of Steel in Reinforced Concrete

Corrosion Protection of a Ship Hull

Corrosion Protection of an Oil Platform Using Sacrificial Anodes

Monopile with Dissolving Sacrificial Anodes

Crevice Corrosion of Nickel with Electrode Deformation

Galvanized Nail

Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.

Просто нажмите кнопку "Связаться с COMSOL", укажите свои контактные данные, сформулируйте вопросы и отправьте нам эту заявку. Наша цель — ответить вам в течение одного рабочего дня!

Следующий шаг:
Запрос
информации
о программе