Обновление модуля «Электрохимия»

В состав модуля «Электрохимия» COMSOL Multiphysics® 6.0 добавлено новое математическое описание адсорбции и десорбции в комбинации с электродными реакциями, а также представлена новая учебная модель. Подробнее об этих и других обновлениях ниже.

Адсорбция и десорбция

Функционал граничного условия Electrode Surface дополнен набором готовых уравнений для учёта плотности центров адсорбции/десорбции на поверхности и поверхностной концентрации адсорбированных веществ. Новый раздел Adsorbing-Desorbing Species окна настройки позволяет выбрать модель кинетики адсорбции/десорбции и термодинамические параметры для электродных поверхностей в комбинации с многоступенчатыми электрохимическими реакциями.

Поле концентрации в модели осаждения меди показано с использованием цветовой палитры Rainbow. Распределение концентрации в модели осаждения меди на стенках сквозного отверстия.

Интерфейсы Nonisothermal Reacting Flow

Для автоматической настройки моделей химически реагирующих потоков добавлена группа мультифизических интерфейсов Nonisothermal Reacting Flow. В окне настройки мультифизического узла Reacting Flow теперь имеется опция для связи интерфейсов Chemistry и Heat Transfer. С помощью этой мультифизической связки можно добавить в модель учёт взаимосвязи между уравнениями теплопередачи и химических реакций, например энтальпию фазового перехода или диффузию энтальпии. Зависимость различных параметров и свойств веществ от температуры, давления и концентрации также учитывается автоматически, что позволяет контролировать баланс теплоты и энергии с помощью соответствующих встроенных переменных.

Распределение температуры в модели трубчатого реактора показано с использованием палитр Rainbow и Heat Camera. Распределение температуры в модели трубчатого реактора.

Условие проскальзывания Porous Slip в интерфейсе Brinkman Equations

Погранслой при течении жидкости в пористой среде может быть очень тонким, поэтому моделировать течение в погранслое с помощью уравнений Бринкмана крайне непрактично. Новое граничное условие Porous slip позволяет учесть условия на твёрдых стенках, не прибегая к расчёту поля течения в пограничном слое. Вместо этого на поверхностях используются условия для напряжения, что позволяет добиться приемлемой точности в ядре потока за счёт использования асимптотического решения для профиля скорости в погранслое. Это граничное условие активируется в окне настройки интерфейса Brinkman Equations, после чего оно используется по умолчанию на всех твёрдых стенках. Данное условие можно использовать в большинстве случаев для моделирования грунтовых течений в больших по размеру областях с помощью уравнений Бринкмана.

Распределение скорости и концентрации в модели пористого реактора показаны с использованием цветовой палитры Rainbow. Поля скорости и концентрации в модели пористого реактора.

Теплопередача в пористой среде

Для повышения удобства использования переработаны инструменты моделирования теплопередачи в пористых средах. В список физических интерфейсов теплопередачи добавлен новый подраздел Porous Media, в который вошли интерфейсы Heat Transfer in Porous Media, Local Thermal Nonequilibrium и Heat Transfer in Packed Bed. Эти интерфейсы имеют схожий функционал. Отличие между ними состоит в том, что во всех трёх интерфейсах в настройках узла Porous Medium использованы разные опции: Local thermal equilibrium, Local thermal nonequilibrium или Packed bed, соответственно. Мультифизический узел Local Thermal Nonequilibrium заменён одноимённым интерфейсом, в котором реализована двухтемпературная модель: одна температура соответствует жидкой фазе, а вторая — твёрдой. Двухтемпературная модель обычно применяется для описания быстрых процессов нагрева или охлаждения пористой среды в условиях интенсивной конвекции жидкой фазы и высокой теплопроводности твёрдой фазы, например, в металлических вспененных материалах. При работе с интерфейсом Local Thermal Equilibrium теперь доступны новые методы осреднения для расчёта эффективной теплопроводности в зависимости от характеристик пористой среды.

Кроме того, унифицирован доступ к осреднённым переменным на этапе обработки результатов для всех трёх типов пористых сред. Обратите внимание на новые особенности описания пористых сред в этих учебных моделях:

Интерфейс Nonisothermal Flow in Porous Media

Новый мультифизический интерфейс Nonisothermal Flow, Brinkman Equations автоматически настраивает связь между интерфейсами теплопередачи и гидродинамики в пористой среде. Он комбинирует интерфейсы Heat Transfer in Porous Media и Brinkman Equations.

Распределение температуры в пористой структуре показано с использованием цветовой палитры Heat Camera. В учебной модели свободной конвекции в пористой среде используется новый функционал для анализа неизотермических течений. Свободная конвекция возникает в результате градиента температуры в пористой структуре.

Значительное улучшение работы с пористыми материалами

Теперь для описания свойств пористых материалов используется таблица Phase-Specific Properties в окне настройки узла Porous Material. Помимо этого, можно добавить подузлы для твёрдой и жидкой фаз, причём для каждой фазы можно настроить несколько подузлов. Таким образом, теперь можно использовать один и тот же пористый материал для моделирования гидродинамики, массопереноса и теплопередачи, тогда как раньше приходилось дублировать некоторые настройки и описания свойств материалов.

Увеличенное изображение дерева модели с выбранным узлом Porous Material, соответствующим окном настройки и графическим окном, в котором построена модель каталитического реактора. В двухуровневой модели каталитического насыпного реактора для описания свойств пористых материалов используется новый узел Porous Material.

Новая учебная модель

В состав модуля «Электрохимия» COMSOL Multiphysics® 6.0 добавлена новая учебная модель.