Обновление модуля Электроосаждение

Для пользователей программного пакета COMSOL Multiphysics® версии 5.3 в модуль Электроосаждение добавлены новый интерфейс Current Distribution, Boundary Elements (Распределение тока, граничные элементы), новый интерфейс Electrophoretic Flow (Электрофоретический поток) и новые функции в интерфейсе Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (Третичное распределение тока, уравнение Нернста — Планка). Содержание обновления модуля Электроосаждение описано ниже.

Интерфейс Current 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.

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 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.

An oil rig model with a boat that has an insulated hull.

A ship is anchored close to an oil platform. The ship hull is subjected to the electric field from the cathodic corrosion system. The figure to the left shows an insulated hull, for example insulated by a thick paint.

A ship is anchored close to an oil platform. The ship hull is subjected to the electric field from the cathodic corrosion system. The figure to the left shows an insulated hull, for example insulated by a thick paint.
An oil rig model with a boat that has a hull partly made of bare steel.

A ship is anchored close to an oil platform. The ship hull is subjected to the electric field from the cathodic corrosion system. The figure here shows a ship where parts are of the hull are bare steel, where the hull may work as a bipolar electrode. Here, the stem works as an anode while the stern works as a cathode. The oil rig structure close to the ship is cathodically polarized. A fraction of the impressed current goes from the sacrificial anodes (rods) through seawater, into the ship hull, out of the ship hull, through seawater and then into the oil rig structure.

A ship is anchored close to an oil platform. The ship hull is subjected to the electric field from the cathodic corrosion system. The figure here shows a ship where parts are of the hull are bare steel, where the hull may work as a bipolar electrode. Here, the stem works as an anode while the stern works as a cathode. The oil rig structure close to the ship is cathodically polarized. A fraction of the impressed current goes from the sacrificial anodes (rods) through seawater, into the ship hull, out of the ship hull, through seawater and then into the oil rig structure.

Ion-Exchange Membrane Internal Boundary Condition in the Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Interface

The new Ion-Exchange Membrane boundary node specifies a boundary condition where the flux of ions is continuous, but where the electrolyte potential is discontinuous and is described by a Donnan equilibrium. This condition is typically used in electrochemical cells containing both free electrolytes and ion-exchange membranes, for instance, in dialysis problems. A Donnan potential shift over the interface is calculated automatically from the concentrations of the charge-carrying ion on each side of the interface.

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.

Application Library path for the updated Vanadium Redox Flow Battery model:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Flow_Batteries/v_flow_battery

New Charge Conservation Models in the Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Interface

The Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck interface now supports four different charge conservation models: electroneutrality, water-based with electroneutrality, supporting electrolyte, and Poisson.

Thin Electrode Layer Functionality

The Thin Electrode Layer feature can be used to model a thin insulating or resistive sheet, located on an internal boundary in an electrode domain. The functionality can be used as an alternative to drawing the actual layer domain in the model geometry, which significantly reduces meshing and solution time, especially in 3D models. A thin electrode layer can be used to model, for instance, a contact impedance between two electronic conductors. The layer may be set to be either insulating or resistive.

Thin Electrolyte Layer

The Thin Electrolyte Layer feature specifies a thin electrolyte layer on an internal boundary between two electrolyte domains. The node can be used as an alternative to drawing the actual layer as a domain in the model geometry in order to significantly reduce meshing and solution time. The condition may be set to either insulating, resistive, or ion-exchange membrane. This feature replaces the Thin Insulating Layer feature in earlier versions.

Circuit Terminal Condition

You can use the Circuit Terminal feature on a boundary to specify a coupling to the External I Vs. U node in the Electrical Circuit interface from the AC/DC Module. The Circuit Terminal condition is now also available as a boundary condition in the Electrode Surface node and as an operation mode in the Single Particle Battery interface. This allows you to include high-fidelity battery models in circuit simulations.

New Electrophoretic Transport Interface

The new Electrophoretic Transport interface can be used to investigate the transport of weak acids, bases, and ampholytes in aqueous solvents. The physics interface is typically used to model various electrophoresis modes, such as zone electrophoresis, isothachophoresis, isoelectric focusing, and moving boundary electrophoresis, but is applicable to any aqueous system involving multiple acid-base equilibria.

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