Обновление модуля Коррозия

Для пользователей версии 5.3 COMSOL Multiphysics® в модуль Коррозия включены новые интерфейсы Current Distribution, Shells (Распределение тока, оболочка) и Current Distribution, Boundary Elements (Распределение тока, граничные элементы), а также новый физический интерфейс для моделирования переноса химических веществ в трещинах. Ознакомиться с обновлением модуля Коррозия можно здесь.

ИнтерфейсCurrent Distribution, Boundary Elements (Распределение тока, граничные элементы)

Интерфейс Current Distribution, Boundary Elements (Распределение тока, граничные элементы) может использоваться для моделирования первичного и вторичного распределения тока на геометриях, основанных на ребрах (балка или провод) и поверхностных элементах. Интерфейс использует формулы метода граничных элементов (BEM) для решения уравнения переноса заряда в электролите с постоянной проводимостью, где электроды заданы на границах или в виде трубок с заданным радиусом вблизи ребер. Обычно этот интерфейс используется для облегчения построения сетки и сокращения времени вычисления для больших геометрических объектов, где значительная часть геометрии аппроксимируется как трубки вдоль ребер.

Модель нефтяной вышки и судна с изолированным корпусом. Судно пришвартовано вблизи нефтяной платформы. На корпус судна действует электрическое поле системы катодной защиты от коррозии. На рисунке слева показан изолированный корпус. В качестве изолятора выступает, например, толстый слой краски. Судно пришвартовано вблизи нефтяной платформы. На корпус судна действует электрическое поле системы катодной защиты от коррозии. На рисунке слева показан изолированный корпус. В качестве изолятора выступает, например, толстый слой краски.
Модель нефтяной вышки и судна с корпусом, частично выполненным из стали без покрытия. Судно пришвартовано вблизи нефтяной платформы. На корпус судна действует электрическое поле системы катодной защиты от коррозии. Здесь изображен корабль, в котором стальные детали корпуса не изолированы, и корпус может работать как биполярный электрод. Здесь нос выступает анодом, а корма — катодом. Конструкция нефтяной вышки вблизи судна катодно поляризована. Часть подаваемого тока идет от протекторных анодов (стержней) через морскую воду на корпус судна, от корпуса судна через морскую воду, а затем на конструкцию нефтяной вышки. Судно пришвартовано вблизи нефтяной платформы. На корпус судна действует электрическое поле системы катодной защиты от коррозии. Здесь изображен корабль, в котором стальные детали корпуса не изолированы, и корпус может работать как биполярный электрод. Здесь нос выступает анодом, а корма — катодом. Конструкция нефтяной вышки вблизи судна катодно поляризована. Часть подаваемого тока идет от протекторных анодов (стержней) через морскую воду на корпус судна, от корпуса судна через морскую воду, а затем на конструкцию нефтяной вышки.

Интерфейс Current Distribution, Shell (Распределение тока, оболочка)

Интерфейс Current Distribution, Shell (Распределение тока, оболочка) моделирует ионную проводимость тока в касательном направлении вдоль границы. Физический интерфейс подходит для моделирования тонких слоев электролитов, в которых изменение потенциала в нормальном направлении пренебрежимо мало, например, в задачах атмосферной коррозии. Здесь на металлических поверхностях может образовываться очень тонкая электролитическая пленка. В интерфейсе можно учитывать ионный ток, не строя сетку на таком слое жидкости в трехмерном представлении.

Модель, созданная с помощью интерфейса Current Distribution, Shell (Распределение тока, оболочка). Распределение потенциалов. Распределение потенциалов.

Внутреннее граничное условие Ion-Exchange Membrane (Ионно-обменная мембрана) в интерфейсе Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (Третичное распределение тока, уравнение Нернста — Планка)

Новый граничный узел Ion-Exchange Membrane (Ионно-обменная мембрана) задает граничное условие, при котором поток ионов является непрерывным, а потенциал электролита является разрывным и описывается равновесием Доннана. Это условие обычно используется в электрохимических ячейках, содержащих как свободные электролиты, так и ионно-обменные мембраны, например, в задачах диализа. Изменение потенциала Доннана на интерфейсе рассчитывается автоматически на основе концентраций заряженных ионов на каждой стороне интерфейса.

График потенциала электролита для проточного ванадиевого редокс-аккумулятора. Потенциал в электролите внутри проточного ванадиевого редокс-аккумулятора. Видны скачки потенциала на границах между электролитом и ионно-обменной мембраной. Потенциал в электролите внутри проточного ванадиевого редокс-аккумулятора. Видны скачки потенциала на границах между электролитом и ионно-обменной мембраной.

Путь к модели Vanadium Redox Flow Battery (Проточный ванадиевый редокс-аккумулятор) с обновлениями в Библиотеке приложений:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Flow_Batteries/v_flow_battery

Новые модели сохранения заряда в интерфейсе Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (Третичное распределение тока, уравнение Нернста — Планка)

В интерфейсе Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (Третичное распределение тока, уравнение Нернста — Планка) теперь поддерживаются четыре разные модели сохранения заряда: электронейтральная, водная электронейтральная, модель фонового электролита и модель Пуассона.

Узел Тонкий электродный слой

Новый узел Thin Electrode Layer (Тонкий электродный слой) подходит для моделирования тонкой пластины из изолирующего или резистивного материала, размещенной на внутренней границе электролитической области. Этот узел может использоваться в качестве альтернативы отрисовке фактической области слоя в геометрии модели, что позволяет упростить построение сетки и сократить время вычисления, особенно в трехмерных моделях. Тонкий электродный слой может использоваться для моделирования, например, контактного сопротивления между двумя электронными проводниками. Слой может быть задан как изолирующий или резистивный.

Тонкий слой электролита

Узел Thin Electrolyte Layer (Тонкий слой электролита) определяет тонкий слой электролита на внутренней границе между двумя областями электролита. С помощью этого узла можно заменить отрисовку фактической области слоя в геометрии модели, что позволит значительно упростить построение сетки и сократить время вычисления. Узел может описывать диэлектрическую, резистивную и ионно-обменную мембраны. Он заменяет узел Thin Insulating Layer (Тонкий изолирующий слой), который использовался в ранних версиях.

Условие для узла Разъем цепи

Можно использовать узел Circuit Terminal (Разъем цепи) на границе, чтобы указать связь с узлом External I Vs. U (Внешний ток в зависимости от напряжения) в интерфейсе Electrical Circuit (Электрическая цепь) модуля AC/DC. Условие Circuit Terminal (Разъем цепи) также доступно в качестве граничного условия в узле Electrode Surface (Поверхность электрода), а также в качестве режима работы в интерфейсе Single Particle Battery (Одночастичная модель аккумулятора). Это позволяет включать высокоточные модели аккумуляторов в модели электрических цепей.

Новый интерфейс Transport of Diluted Species in Fractures (Перенос растворенных веществ в трещинах)

Глубина трещин мала по сравнению с их длиной и шириной. Из-за большого различия значений глубины, длины и ширины сложно выполнить построение сетки для трещин, а значит, сложно моделировать перенос химических веществ в трещинах. Новый интерфейс Transport of Diluted Species in Fractures (Перенос растворенных веществ в трещинах) рассматривает трещину как оболочку, где для построения поверхностной сетки используются только поперечные размеры трещины.

Интерфейс позволяет определить среднюю глубину трещины, а также пористость в тех случаях, когда трещина имеет пористую структуру. Для переноса химических веществ интерфейс позволяет определять модели эффективной диффузии для учета эффектов пористости. Конвективный перенос может быть связан с интерфейсом Thin-Film Flow (Тонкопленочный поток) или с пользовательскими уравнениями, определяющими поток жидкости в трещине. Кроме того, можно определить химические реакции в трещинах, на их поверхностях или в пористой среде, в которой содержится трещина.

Пример, иллюстрирующий перенос растворенных веществ вдоль незначительно изогнутой поверхности трещины. Перенос растворенных веществ вдоль слабо изогнутой поверхности трещины. Изогнутая поверхность представлена извилистым углублением, в котором происходит перенос химических веществ. Перенос растворенных веществ вдоль слабо изогнутой поверхности трещины. Изогнутая поверхность представлена извилистым углублением, в котором происходит перенос химических веществ.

Поверхности трещин в интерфейсе Transport of Diluted Species in Porous Media (Перенос растворенных веществ в пористой среде)

При переносе в пористой трехмерной структуре, содержащей трещины, новое граничное условие Fracture (Трещина) позволяет моделировать перенос в тонких трещинах без необходимости построения для них сетки как для трехмерных объектов. Граничное условие Fracture (Трещина) включено в интерфейс Transport of Diluted Species in Porous Media (Перенос растворенных веществ в пористой среде) (см. изображение) и имеет настройки, аналогичные настройкам интерфейса Transport of Diluted Species in Fractures (Перенос растворенных веществ в трещине), который описан выше. Обеспечивается плавный переход между моделями потока жидкости и переноса химических веществ в трехмерной пористой среде и в трещине.

На изображении ниже показано поле концентрации в модели реактора с пористыми слоями. В модели для перекрученной трещины «просачивание» реагентов внутрь пористого катализатора (слева направо) происходит быстрее, чем перенос в пористой среде. Это происходит потому, что значение средней пористости для поверхности трещины значительно выше, чем для окружающего пористого катализатора, что приводит к более высокой скорости массообмена.

Снимок экрана с параметрами интерфейса Transport of Diluted Species in Fractures (Перенос растворенных веществ в трещинах). Контурная диаграмма концентрации в трехмерном объеме реактора и поверхностная концентрация на поверхности трещины. Ускоренный массообмен в трещине способствует улучшению проникновения непрореагировавших молекул внутрь каталитического слоя (справа налево) Видно, что концентрация практически одинакова по всей поверхности трещины и изменяется от 0,63 до 0,62 моль/м3. Контурная диаграмма концентрации в трехмерном объеме реактора и поверхностная концентрация на поверхности трещины. Ускоренный массообмен в трещине способствует улучшению проникновения непрореагировавших молекул внутрь каталитического слоя (справа налево) Видно, что концентрация практически одинакова по всей поверхности трещины и изменяется от 0,63 до 0,62 моль/м3.

Новый интерфейс Electrophoretic Transport (Электрофоретический перенос)

Новый интерфейс Electrophoretic Transport (Электрофоретический перенос) может использоваться для исследования переноса слабых кислот, оснований и амфолитов в водных растворах. Физический интерфейс обычно используется для моделирования различных режимов электрофореза, таких как зонный электрофорез, изотахофорез, изоэлектрическая фокусировка и электрофорез методом подвижной границы, но он применим к любой водной системе, включающей множественные кислотно-щелочные состояния равновесия.

 

Два четко разделенных пика на графике, иллюстрирующем разделение смеси двух белков при зонном электрофорезе.