电化学响应|02 Fluent建立

发布日期:2024-06-30 23:11    点击次数:195

电化学响应|02 Fluent建立

本文先容在Fluent中启用电化学响应模子的一般经过。

注:本文本色取自Fluent User Guide。

1 电化学响应

电化学响应通常发生在电解液和电极搏斗的壁面上。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。电化学响应速度通常阐述壁面单元名义积来界说和计较,而液相体积响应则阐述单元体积来计较。在Fluent中不错为不同的壁面指定不同的响应机理,况兼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法子如下

Step 1:关于瞬态模拟,从General任务页中遴荐TransientStep 2:鼠标双击模子树节点Models → Species Models翻开组分输运模子建立对话框,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

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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中遴荐Fluid。在化学响应中没必要体现电子,因此不错忽略。关于新建的组分,在属性对话框中建立Charge Number。默许情况下通盘组分的电荷数被建立为0,意味着该组分为中性。确保建立通盘关系组分的电荷数。关于单独组分,通常不需要设定其Electrical Conductivity,但是需要建立搀和物的电导率。

Step 4:界说搀和物的材料属性

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,需要进行以下建立

遴荐Reaction Type为Electrochemical默许情况下软件遴荐使用Butler-Volmer次序,若念念要使用Tafel次序,不错遴荐选项Tafel Parameters指定Butler-Volmer或Tafel参数。若遴荐使用Butler-Volumer,需要输入Anodic Transfer Coefficient(对应着表面公式中的)、Cathodic Transfer Coefficient(对应表面公式中的);若遴荐使用Tafel Parameter,则输入Anodic Tafel Slope(对应表面公式中的)、Cathodic Tafel Slope(对应表面公式中的),Exchange Current Density(对应表面公式中的)、Equilibrium Potential(对应表面公式中的)指定每种组分的dimension power(表面公式中的)手脚参数Rate Exponent在Butler-Volmer/Tafel Parameters下方,点击Specify Reference Mass Fractions... 按钮并在翻开的Reference Mass Fractions对话框中,输入参考组分的质料分数(表面公式中的

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注:不错使用UDF宏DEFINE_EC_KINETICS_PARAMETER界说Butler-Volmer参数;哄骗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傍边的 Edit按钮翻开)指定Number of Mechanisms关于每一种电化学响应机理,指定Mechanism ID,遴荐Reaction Type为Electrochemical,在Reactions列表框中,遴荐电化学响应

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Step 7:在Create/Edit Materials对话框中,指定搀和物其他属性,如Density(通常遴荐weighted-mixing-law)、Mass Diffusivity以及Electrical Conductivity等

Step 8:建立计较区域的属性

在Fluid对话框中,通过遴荐或取销Electrolyte复选框指定所选区域是否为电解液区域。默许情况下,通盘流体区域齐是电解质区域若计较区域中莫得体积响应,则取销Reaction复选框

Step 9:建立关系壁面鸿沟的电化学鸿沟条款。电化学响应既不错界说为外壁面,也不错界说在唯唯一面浮现于电解液的内壁面上。在Wall对话框中,建立以下参数

关于外部(单侧)壁面,建立鸿沟的电势通过遴荐选项Electrochemical Reaction来指定壁面是否为Faradaic壁面关于Faradaic壁面,不错从Reaction Mechanism下拉框中遴荐相应的电化学响应机理若壁面上的电化学响应机理还是界说,则不错通过遴荐选项Faradaic  Heat在能量方程中包含电化学产生的热量

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注:关于双侧壁面,只需要指定一侧壁面的电势鸿沟条款即可,软件会将建立的参数自动复制到另一侧壁面鸿沟上去。

Step 10:若有必要,也不错在能量方程、聚积方程以及组分输运方程中包含格外的源项Step 11:求解截止。在很多电化学应用中,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:若电势方程继续波折,不错在Solution Controls任务页中镌汰Faradaic Interface Current亚草率因子以晋升计较褂讪性。

Step 12:当计较继续后,不错在后惩办稽查以下变量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对话框中遴荐选项Include Joule Heating in Energy Equation以包含焦耳热。

电化学响应热

不错通过在鸿沟条款对话框中遴荐选项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格外的源:

电场中的组分挪动

不错在组分模子对话框中激活选项Species Migration来罢了。

5 聚积方程中包含质料传递

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。通常固体的传质料很小,在聚积性方程中不错忽略不计。但是,要是需要,不错使用以下Scheme呐喊将质料源包含在聚积性方程中:

(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继续问题。为了晋升计较求解的褂讪性,不错镌汰 Faradaic Interface Current 的欠草率整个。

另外,也不错先禁用选项Include Joule Heating in Energy Equation及Faradaic Heat进行计较,待计较褂讪后再开启这两个选项。

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