本文先容在Fluent中启用电化学响应模子的一般经过。
注:本文实践取自Fluent User Guide。
1 电化学响应电化学响适时常发生在电解液和电极来回的壁面上。液体与固体齐不错参与电化学响应,参与电化学响应的固体物资常被腐蚀或发生千里积。电化学响应速度时常凭据壁面单元名义积来界说和预计,而液相体积响应则凭据单元体积来预计。在Fluent中不错为不同的壁面指定不同的响应机理,况且每种响应机理不错包含有多个电化学响应。
2 电化学响应的输入参数在你的问题中加入电化学响应的时期如下
Step 1:关于瞬态模拟,从General任务页中聘请TransientStep 2:鼠标双击模子树节点Models → Species Models掀开组分输运模子汲引对话框,如下图所示,激活选项Species Transport,选中选项Volumetric及Electrochemical激活电化学响应模子图片
Step 3:创建或复制材料介质
新建或从材料库中添加材料。在复制组分(包括腐蚀和千里积的固体组分)时,请确保在Fluent Database Materials对话框中的Material Type中聘请Fluid。在化学响应中没必要体现电子,因此Step 4:界说搀杂物的材料属性
删除不使用的组分,并将电化学组分添加到所述的Selected Species中要是固体物资参与了电化学响应(举例腐蚀或电镀模拟),将这些组分添加到Selected Solid Species中Step 5:界说电化学响应。关于每一个响应,需要进行以下汲引
聘请Reaction Type为Electrochemical默许情况下软件聘请使用Butler-Volmer步调,若思要使用Tafel步调,不错聘请选项Tafel Parameters指定Butler-Volmer或Tafel参数。若聘请使用Butler-Volumer,需要输入Anodic Transfer Coefficient(对应着表面公式中的图片
注:不错使用UDF宏DEFINE_EC_KINETICS_PARAMETER界说Butler-Volmer参数;应用DEFINE_EC_RATE界说响应速度。
Step 6:使用 Reaction Mechanisms对话框界说响应机制。(点击Create/Edit Materials对话框的Mechanism旁边的 Edit按钮掀开)指定Number of Mechanisms关于每一种电化学响应机理,指定Mechanism ID,聘请Reaction Type为Electrochemical,在Reactions列表框中,聘请电化学响应图片
Step 7:在Create/Edit Materials对话框中,指定搀杂物其他属性,如Density(时常聘请weighted-mixing-law)、Mass Diffusivity以及Electrical Conductivity等
Step 8:汲引预计区域的属性
在Fluid对话框中,通过聘请或烧毁Electrolyte复选框指定所选区域是否为电解液区域。默许情况下,统统流体区域齐是电解质区域若预计区域中莫得体积响应,则烧毁Reaction复选框Step 9:汲引探讨壁面限制的电化学限制条目。电化学响应既不错界说为外壁面,也不错界说在唯有一面涌现于电解液的内壁面上。在Wall对话框中,汲引以下参数
关于外部(单侧)壁面,汲引限制的电势通过聘请选项Electrochemical Reaction来指定壁面是否为Faradaic壁面关于Faradaic壁面,不错从Reaction Mechanism下拉框中聘请相应的电化学响应机理若壁面上的电化学响应机理仍是界说,则不错通过聘请选项Faradaic Heat在能量方程中包含电化学产生的热量图片
注:关于双侧壁面,只需要指定一侧壁面的电势限制条目即可,软件会将汲引的参数自动复制到另一侧壁面限制上去。
Step 10:若有必要,也不错在能量方程、纠合方程以及组分输运方程中包含额外的源项Step 11:求解完了。在好多电化学应用中,流体的对流不错忽略,在这种情况下,不错在Equations对话框中禁用Flow方程。一样的,在一些等温模拟中,也不错禁用Energy方程。注:若电势方程护士贫寒,不错在Solution Controls任务页中镌汰Faradaic Interface Current亚温情因子以提升预计清爽性。
Step 12:当预计护士后,不错在后措置检察以下变量Electric PotentialElectric ConductivityFaradaic Current DensityTotal Surface Corrosion RateElectrode Surface PotentialCurrent DensityJoule Heat SourceFaradaic Heat SourceTotal Echem Heat SourceEchem Reaction RateSurface Corrosion Rate3 在能量方程中包含电化学响应当电化学响应模子被激活后,不错在能量方程中添加两个源项:
焦耳热不错在Electric Potential对话框中聘请选项Include Joule Heating in Energy Equation以包含焦耳热。
电化学响应热不错通过在限制条目对话框中聘请选项Faradaic Heat选项以包含电化学响应热。
4 组分输运方程中加入电化学响应效应当电化学响应模子启用时,不错在离子组分的组分传输方程中指定一个额外的源:
电场中的组分迁徙不错在组分模子对话框中激活选项Species Migration来达成。
5 纠合方程中包含质地传递当固体物资(腐蚀或千里积)参与电化学响适时,固体物资不错投入或离开流动域。时常固体的传质地很小,在纠合性方程中不错忽略不计。但是,要是需要,不错使用以下Scheme号令将质地源包含在纠合性方程中:
(rpsetvar 'potential/corrosion-source-in-continuity? #t)6 电化学响应的求解
电场与组分之间的强非线性耦合会导致护士问题。为了提升预计求解的清爽性,不错镌汰 Faradaic Interface Current 的欠温情总共。
另外,也不错先禁用选项Include Joule Heating in Energy Equation及Faradaic Heat进行预计,待预计清爽后再开启这两个选项。
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