离子组分通量建模

电化学组分模型使用传输方程来求解电解质中离子组分的通量。

按照此过程，使用电化学组分模型对离子组分的对流、扩散和迁移建模。对固体中的离子组分通量建模时，只考虑扩散和迁移。此工作流不包括对电化学组分之间的反应建模 — 如果要对涉及离子组分的电化学反应建模，请参见电化学表面反应建模。

注当将电化学组分模型与电势模型耦合时，需要使用双精度版本的 Simcenter STAR-CCM+ 对电化学组分的传输建模。

当对任何电化学应用建模时，需要电化学模型。当对组分迁移建模时，还需要电化学组分模型。进一步的物理模型选择取决于正在建模的应用。

要对电解质中的离子组分传输建模：
  1. 对于表示电解质的物理连续体，选择以下模型，并激活自动选择推荐模型：
    组合框 模型
    空间 选择一个。
    时间 选择一个。
    材料 选择其中一个：
    • 液体
    • 气体
    • 固体（在对连续体使用固态离子模型的情况下需要）
    流体 选择任一：
    • 分离流
    • 耦合流体
    状态方程 恒密度
    粘滞态 选择一个。
    可选模型 电化学
    电化学 电化学组分
    可选模型 如果要对多孔固相中的离子组分通量建模，则选择多孔介质

    请参见多孔介质模型。
    可选模型 电磁
    电磁 选择任一：
    • 电动势。当模拟应用（如腐蚀或蚀刻）中的离子组分通量时，选择此模型。请参见什么是电动势模型？
    • 静电势（当选择多孔介质模型时不可用）。当模拟非腐蚀应用，尤其是要对离子电荷密度或其他不需要电中和的设置建模时，选择此模型。请参见什么是静电势模型？
    注
    • 使用液体模型对腐蚀应用建模。
    • 电化学组分模型不支持多相模型。
    • 如果不选择电磁模型，则无法求解迁移通量 — 仅求解扩散和对流通量。
  2. 选择所需的任何额外可选模型。
    • 如果已选择静电势模型，且要对非零离子电荷密度产生的库仑力建模，则选择库仑力模型。请参见库仑力求解器。
    • 如果要在不求解额外传输方程的情况下设置固定温度，可选择分离流体等温模型。如果未选择温度模型，则电化学组分模型使用 293.15 K 固定温度运行。
    • 如果要在固体连续体中对离子组分通量建模，则选择固态离子模型。或者，要对多孔固相中的离子组分通量建模，选择多孔相中的固态离子模型。
  3. 单击关闭。
  4. 定义材料。为电解质连续体选择的任何流体材料充当假设是稀释溶液一部分的电化学组分的溶剂。
    请参见：
  5. 指定电化学组分。
    1. 右键单击电化学组分 > 电化学组分分量节点，然后选择选择混合物组分。
    2. 选择所有表示电解质中存在的离子组分的电化学组分。如果找不到复杂电化学组分分量，则可以：
      • 关闭对话框，将电化学组分添加到数据库，然后重新打开选择混合物组分对话框，并选择组分。请参见修改材料数据库的副本。
      • 选择一个类似的电化学组分分量，并修改其材料属性以更改原子的电荷、类型和数量。
    3. 单击应用，然后单击关闭。
    4. 要修改电化学组分分量的成分或属性，展开电化学组分分量 > [电化学组分分量] 节点，然后根据需要编辑材料属性。请参见电化学组分分量参考。
    5. 展开电化学组分 > 电化学组分分量节点，对于每个电化学组分分量，为每个材料属性指定方法。
      某些材料属性特定于电化学组分模型，允许直接定义离子组分的属性。还可以在工具 > 材料数据库节点下进一步定义离子组分。
指定求解电化学组分浓度的方法：
  1. 选择电化学组分节点，并将电化学组分求解器选项指定为耦合或分离。
    在低电流密度下，分离电化学组分求解器的运行速度比耦合电化学组分求解器快。但是，耦合电化学组分求解器提供了最佳稳定性，与分离选项相比，在高电流密度下具有更强大的收敛功能。耦合电化学组分求解器与固态离子模型不兼容，可以与电化学反应模型或大量离子化学反应模型一起使用。如果使用不含这些模型的耦合求解器，则运行时大大增加，没有任何优势。
  2. 如果将电化学组分模型与电动势模型一起使用：
    1. 展开模型 > [材料] > 材料属性节点。
    2. 选择导电率节点，然后将方法设为电化学组分。
  3. 定义区域类型和条件。可以指定电解质连续体的流体或多孔区域。但是，当使用电化学组分模型时，不允许采用多孔挡板交界面。
  4. 定义初始条件。可以将每个电化学组分的摩尔浓度或数密度指定为电解质连续体的初始条件。请参见电化学组分模型：初始条件。
  5. 当对区域中的离子组分通量建模时，如有必要，可以定义要在传输方程中求解的特定源项。此可选功能可用于调整预定义源项以适合正在建模的应用。请参见电化学组分模型：区域设置。
  6. 定义边界和交界面条件。请参见电化学组分模型：边界设置和交界面设置。
    模拟离子风时：
    • 要设置收集电极的零空间电荷密度和零电势，如下所示设置收集电极的边界条件：
      • 将壁面电化学组分选项的“方法”设为指定值（默认值为 0.0）。
      • 将电势指定的“方法”设为“电势”（默认值为 0.0）。
    • 要指定放电电极的起晕电场，对于放电电极边界，将电势指定的“方法”设为电势，然后指定相应的电势值。
    • 要在绝缘边界处指定零离子通量，将电势指定的“方法”设为单位电通量（默认值为 0.0）。
    请参见离子风中的表面效应。
对包含固相的流体区域建模时（请参见多孔介质模型），可以定义固相和固体区域之间的交界面。在此交界面处，固相可与固体区域交换离子组分和电势求解。要定义交界面：
  1. 在以下两项中激活固态离子模型和电动势模型：
    • 与固体区域关联的物理连续体
    • 与相关固相关联的相模型。在多孔介质模型节点下，定义流体物理连续体中的固相及其模型。
  2. 在流体和固体连续体中定义相同的电化学组分。这些组分必须具有相同的名称和属性。
  3. 在包含固相的流体区域和固体区域之间创建接触交界面。
  4. 编辑交界面 > [固体/流体交界面] 节点，然后设置下列属性：
    节点 属性 设置
    物理条件
    Electrodynamic Phase Contact Option（电动相接触选项） 相 选择与固体区域耦合的固相。
    电化学组分相接触选项 相 选择与固体区域耦合的固相。
    物理值
    电阻 值 指定交界面处的电阻。
  5. 创建场景和绘图，以可视化求解。
    例如，可以在标量场景中可视化以下场函数，或者在 XY 绘图上绘制它们：
    • 边界单位电流
    • 电流密度
    • 电势
    • 特定电化学组分的充电组分迁移率
    • 特定电化学组分的迁移通量
    • 特定电化学组分的分子扩散率
    • 特定电化学组分的摩尔浓度
    • 特定电化学组分的数密度
    请参见：电化学组分场函数。
  6. 运行模拟。