رابط حمل و نقل گونه‌های متمرکز (tcs) که در زیر شاخه حمل و نقل گونه‌های شیمیایی
( ) یافت می‌شود، هنگام افزودن یک رابط فیزیک، برای مطالعه مخلوط‌های گازی و مایع استفاده می‌شود که در آن غلظت گونه‌ها از نظر بزرگی یکسان باشد و هیچ یک از گونه ها را می توان به عنوان یک حلال شناسایی کرد. در این مورد، خواص مخلوط به ترکیب بستگی دارد و برهمکنش های مولکولی و یونی بین همه گونه ها باید در نظر گرفته شود. رابط فیزیک شامل مدل هایی برای انتشار چند جزئی است که در آن نیروی محرکه انتشار هر گونه به ترکیب مخلوط، دما و فشار بستگی دارد.
( ) یافت می‌شود، هنگام افزودن یک رابط فیزیک، برای مطالعه مخلوط‌های گازی و مایع استفاده می‌شود که در آن غلظت گونه‌ها از نظر بزرگی یکسان باشد و هیچ یک از گونه ها را می توان به عنوان یک حلال شناسایی کرد. در این مورد، خواص مخلوط به ترکیب بستگی دارد و برهمکنش های مولکولی و یونی بین همه گونه ها باید در نظر گرفته شود. رابط فیزیک شامل مدل هایی برای انتشار چند جزئی است که در آن نیروی محرکه انتشار هر گونه به ترکیب مخلوط، دما و فشار بستگی دارد.
رابط فیزیک کسر جرمی همه گونه‌های شرکت‌کننده را حل می‌کند. حمل و نقل از طریق همرفت، انتشار و مهاجرت در یک میدان الکتریکی می تواند شامل شود.
این شبیه‌سازی انتقال با همرفت، مهاجرت، و انتشار در یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی و همچنین برای اجزای متقارن محوری در یک بعدی و دو بعدی را پشتیبانی می‌کند. رابط فیزیک معادلات کسر جرمی گونه ها را تعریف می کند، از جمله مدل انتشار (میانگین مخلوط، ماکسول-استفان، یا قانون فیک).
مکانیسم های حمل و نقل موجود و مدل های انتشار بین محصولات مختلف COMSOL متفاوت است (به https://www.comsol.com/products/specifications/ مراجعه کنید) .
چند نمونه از آنچه که می توان با این رابط فیزیک مطالعه کرد عبارتند از:
• | تکامل یک گونه شیمیایی که توسط همرفت و انتشار منتقل می شود. |
• | مهاجرت در یک میدان الکتریکی در مورد گونه های یونی، در مخلوط ها و محلول هایی که نمی توان آنها را رقیق دانست. |
• | محلول‌های غلیظ یا مخلوط‌های گازی، که در آنها غلظت همه گونه‌های شرکت‌کننده از مرتبه‌ای یکسان است، و بنابراین برهمکنش مولکولی و یونی آنها با یکدیگر باید در نظر گرفته شود. این بدان معناست که انتقال انتشاری یک گونه منفرد به ترکیب مخلوط و احتمالاً به دما، پتانسیل الکتریکی، فشار یا هر ترکیبی بستگی دارد. |
هنگامی که این رابط فیزیک اضافه می شود، گره های پیش فرض زیر نیز در Model Builder اضافه می شوند – ویژگی های حمل و نقل ، بدون شار ، و مقادیر اولیه . سپس، از نوار ابزار Physics ، گره های دیگری را اضافه کنید که به عنوان مثال، شرایط مرزی و واکنش ها را اجرا می کنند. همچنین می‌توانید روی Transport of Concentrated Species کلیک راست کنید تا ویژگی‌های فیزیک را از منوی زمینه انتخاب کنید.
تنظیمات
Label نام رابط فیزیک پیش فرض است .
Name عمدتاً به عنوان پیشوند دامنه برای متغیرهای تعریف شده توسط رابط فیزیک استفاده می شود. به چنین متغیرهای رابط فیزیک در عبارات با استفاده از الگوی <name> مراجعه کنید.<variable_name> . به منظور تمایز بین متغیرهای متعلق به رابط های فیزیکی مختلف، رشته نام باید منحصر به فرد باشد. فقط حروف، اعداد و زیرخط (_) در قسمت نام مجاز هستند . کاراکتر اول باید یک حرف باشد.
نام پیش فرض (برای اولین رابط فیزیک در مدل) tcs است .
معادله
معادله اصلی برای بقای جرم یک گونه i این است:
(6-2)
با استفاده از معادله پیوستگی، مجموع معادلات همه گونه‌ها، می‌توان معادله را به شکل غیرمحافظه‌کار بازگردانی کرد:
(6-3)
این شکل از معادله همان شکلی است که در رابط حمل و نقل گونه های متمرکز استفاده می شود. معادله نمایش داده شده در رابط بسته به مکانیسم های انتقال فعال، مدل انتشار انتخاب شده و نوع واکنش های مدل شده تغییر می کند.
ضخامت خارج از صفحه
برای اجزای دو بعدی، قسمت Thickness (مقدار پیش فرض: 1 متر) پارامتری را برای ضخامت هندسه عمود بر مقطع دو بعدی تعریف می کند. هر دو ضخامت ثابت و متغیر پشتیبانی می شوند. مقدار این پارامتر، در میان موارد دیگر، برای محاسبه خودکار نرخ جریان جرم از شار جرم کل استفاده می شود.
سطح مقطع
برای اجزای 1 بعدی، یک سطح مقطع A c (واحد SI: m 2 ) را وارد کنید تا یک پارامتر برای مساحت هندسه عمود بر مولفه 1 بعدی تعریف شود. هر دو ناحیه ثابت و متغیر پشتیبانی می‌شوند. مقدار این پارامتر، در میان چیزهای دیگر، برای محاسبه خودکار نرخ جریان جرم از شار جرم کل استفاده می‌شود. پیش فرض 1 متر مربع است .
مکانیسم های حمل و نقل
رابط حمل و نقل گونه های متمرکز همیشه برای انتقال به دلیل همرفت و انتشار به حساب می آید.
مدل‌های انتشار موجود و مکانیسم‌های انتقال اضافی بین محصولات COMSOL مختلف متفاوت است (به https://www.comsol.com/products/specifications/ مراجعه کنید) .
مدل انتشار
• | گزینه Maxwell-Stefan از دقیق ترین مدل انتشار استفاده می کند، اما همچنین از نظر محاسباتی گران ترین است. این مدل برای مدل‌های تحت سلطه انتشار در نظر گرفته شده است، و مستلزم آن است که انتشار چند جزئی ماکسول-استفان همه جفت‌های مؤلفه شناخته شده باشد. هنگام انتخاب این مدل هیچ تثبیت کننده ای در دسترس نیست. |
• | گزینه Mixture -averaged از نظر محاسباتی هزینه کمتری نسبت به مدل Maxwell-Stefan دارد. این یک مدل ساده‌تر است که می‌تواند زمانی مورد استفاده قرار گیرد که تغییرات در فشار و دما جزئی فرض شود که بر انتشار چند جزئی تأثیر نمی‌گذارد. این مدل شامل تثبیت است اما به انتشار چند جزئی ماکسول-استفان همه جفت‌های مؤلفه نیاز دارد. |
• | مدل قانون فیک یک مدل کلی است که باید در مواقعی که انتشار فیکی فرض می‌شود یا زمانی که انتشار چند جزئی در دسترس نیست استفاده شود. همچنین، زمانی که انتشار مولکولی مکانیسم انتقال غالب نیست و یک مدل قوی اما مرتبه پایین مورد نیاز است، باید از گزینه های قانون فیک استفاده شود. این مدل شامل تثبیت است. |
مکانیسم های حمل و نقل اضافی
در زیر مکانیزم های حمل و نقل اضافی ، برای انتخاب یا پاک کردن هر ترکیبی از کادرهای انتخاب در صورت لزوم، کلیک کنید.
مهاجرت در میدان الکتریکی
برای فعال کردن مهاجرت گونه های یونی به دلیل میدان الکتریکی، کادر انتخاب مهاجرت در میدان الکتریکی را انتخاب کنید . عبارت مهاجرت حاصل بخشی از بردار شار جرم نسبی است.
حمل و نقل انبوه در رسانه های متخلخل
چک باکس حمل و نقل انبوه در رسانه متخلخل، عملکرد مخصوص حمل و نقل گونه ها در رسانه متخلخل را فعال می کند. در صورت انتخاب، ویژگی های دامنه زیر فعال می شوند:
• | متخلخل |
• | کوپلینگ الکترود متخلخل |
انتشار نادسن
برای قانون میانگین مخلوط و قانون فیک ، می توان انتشار نادسن را در نظر گرفت . این مکانیسم برای برخورد گونه ها با محیط اطراف، به عنوان مثال، دیواره های منافذی که گونه از آن عبور می کند، حساب می کند. همچنین هنگام تنظیم مدل گاز داستی، جزء مهمی است.
مدل انتشار ماکسول-استفان
هنگام استفاده از مدل انتشار ماکسول-استفان ، بردار شار جرم نسبی است
که در آن 
(واحد SI: m 2 / s) انتشار فیک چند جزئی، d k (واحد SI: 1/m) نیروی محرکه انتشار، T (واحد SI: K) دما، و 
(واحد SI: کیلوگرم/ (m·s)) ضریب انتشار حرارتی است.
(واحد SI: m 2 / s) انتشار فیک چند جزئی، d k (واحد SI: 1/m) نیروی محرکه انتشار، T (واحد SI: K) دما، و 
(واحد SI: کیلوگرم/ (m·s)) ضریب انتشار حرارتی است.نیروی محرکه انتشار به این صورت تعریف می شود
(6-4)
که در آن g k نیروی خارجی (به ازای واحد جرم) است که بر گونه k اثر می کند . در مورد یک گونه یونی، نیروی خارجی ناشی از میدان الکتریکی که با انتخاب کادر مهاجرت در میدان الکتریکی اضافه می شود، برابر است با
(6-5)
جایی که z k عدد بار گونه است، F (واحد SI: A·s/mol) ثابت فارادی و 
(واحد SI: V) پتانسیل الکتریکی است.
(واحد SI: V) پتانسیل الکتریکی است.مدل انتشار متوسط مخلوط
هنگام استفاده از مدل انتشار متوسط مخلوط ، شار انتشار بر حسب یک ضریب انتشار متوسط مخلوط فرموله می شود که نشان دهنده انتشار هر گونه در مخلوط حاصل است. ضریب انتشار بر اساس انتشار چند جزئی ماکسول-استفان D ik است . مدل انتشار متوسط مخلوط از نظر محاسباتی ارزانتر و به طور قابل توجهی قوی تر از مدل انتشار ماکسول-استفان است، اما تقریبی از شار چند جزیی را تشکیل می دهد. برای اطلاعات در مورد فرمول شار در این مورد، انتشار چند جزئی: تقریب میانگین مخلوط را ببینید .
مدل انتشار قانون فیک
هنگام استفاده از مدل انتشار قانون فیک ، شار انتشار بر حسب ضریب انتشار فیکی فرموله می شود. مدل انتشار قانون فیک از نظر محاسباتی ارزانتر و به طور قابل‌توجهی قوی‌تر از مدل انتشار ماکسول-استفان است ، اما تقریبی از شار چند جزیی را تشکیل می‌دهد. برای اطلاعات در مورد فرمول شار در این مورد، به انتشار چند گونه: تقریب قانون فیک مراجعه کنید .
گونه ها
گونه هایی را که این رابط فیزیک حل می کند برای استفاده از محدودیت جرم در معادله 6-40 انتخاب کنید (یعنی مقدار آن از این واقعیت ناشی می شود که مجموع همه کسرهای جرمی باید برابر با 1 باشد ). در لیست From mass constraint ، گونه ترجیحی را انتخاب کنید. برای به حداقل رساندن تاثیر هر گونه خطای عددی و مدل معرفی شده، از گونه هایی با بیشترین غلظت استفاده کنید. به طور پیش فرض، اولین گونه استفاده می شود.
(6-6)
تثبیت مداوم و ناسازگار
برای نمایش این بخش، روی دکمه Show ( ) کلیک کرده و Stabilization را انتخاب کنید .
) کلیک کرده و Stabilization را انتخاب کنید .• | دو روش تثبیت ثابت در دسترس است – انتشار ساده و انتشار با باد متقابل . هر دو به صورت پیش فرض فعال هستند. |
تنظیم Residual برای هر دو روش تثبیت ثابت اعمال می شود. باقیمانده تقریبی تنظیم پیش فرض است و به این معنی است که مشتقات اجزای تانسور انتشار نادیده گرفته می شوند. این تنظیم معمولاً به اندازه کافی دقیق و از نظر محاسباتی سریعتر است. در صورت نیاز، به جای آن Full residual را انتخاب کنید .
• | یک روش تثبیت ناسازگار وجود دارد، انتشار ایزوتروپیک ، که هنگام استفاده از مدل انتشار متوسط مخلوط یا مدل انتشار قانون فیک در دسترس است . |
تنظیمات پیشرفته
برای نمایش این بخش، روی دکمه نمایش ( ) کلیک کنید و گزینه های Advanced Physics Options را انتخاب کنید . معمولاً این تنظیمات نیازی به تغییر ندارند.
) کلیک کنید و گزینه های Advanced Physics Options را انتخاب کنید . معمولاً این تنظیمات نیازی به تغییر ندارند.منظم سازی
از لیست Regularization ، روشن (پیش‌فرض) یا خاموش را انتخاب کنید . هنگامی که روشن می شود ، کسرهای جرمی منظم به گونه ای محاسبه می شوند که
کسر جرمی منظم برای محاسبه خواص مواد وابسته به ترکیب، مانند چگالی استفاده می شود.
انتشار
تنظیمات انتشار برای مدل‌های انتشار تقریبی مخلوط با میانگین و قانون فیک در دسترس هستند.
هنگامی که تصحیح انتشار مخلوط فعال است، یک اصلاح شار اضافه می شود تا اطمینان حاصل شود که شار انتشار خالص صفر است. این معمولاً به این معنی است که راه حل نسبت به گونه هایی که برای محاسبه از محدودیت جرم در بخش گونه ها انتخاب شده اند، حساسیت کمتری دارد . اطلاعات بیشتر در مورد این تصحیح در بخش تئوری انتشار چند جزئی: تقریب متوسط مخلوط موجود است .
فهرست نوع شار انتشار ، تعیین می کند که آیا شار مولکولی متناسب با کسر مولی یا کسر جرمی فرض می شود. برای اطلاعات در مورد فرمولاسیون شار انتشاری ، به انتشار چند جزئی: تقریب متوسط مخلوط یا انتشار چند گونه: تقریب قانون فیک مراجعه کنید .
شبه زمان پله
گزینه Use pseudo time stepping for stationary equation form مشتقات شبه زمانی را به معادله اضافه می کند که از فرم معادله Stationary به منظور سرعت بخشیدن به همگرایی استفاده شود. هنگام انتخاب، یک عبارت عدد CFL نیز باید تعریف شود. برای گزینه خودکار پیش‌فرض ، شماره CFL محلی (از شرایط Courant–Friedrichs–Lewy) توسط یک تنظیم‌کننده PID تعیین می‌شود. برای اطلاعات بیشتر، شبه زمان پله برای حمل و نقل انبوه را ببینید .
گسسته سازی
برای نمایش تمام تنظیمات موجود در این بخش، روی دکمه نمایش ( ) کلیک کنید و گزینه های فیزیک پیشرفته را انتخاب کنید .
) کلیک کنید و گزینه های فیزیک پیشرفته را انتخاب کنید .برای اطلاعات بیشتر در مورد این تنظیمات، بخش گسسته سازی را در قسمت رابط بین گونه های رقیق شده حمل و نقل ببینید .
 | در کتابچه راهنمای COMSOL Multiphysics Reference جدول 2-4 را برای پیوند به بخش های مشترک و جدول 2-5 را به گره های ویژگی مشترک ببینید . همچنین می توانید اطلاعات را جستجو کنید: برای باز کردن پنجره راهنما ، F1 را فشار دهید یا برای باز کردن پنجره مستندسازی ، کلیدهای Ctrl+F1 را فشار دهید . |
 |
|
 |
لینک وب: https://www.comsol.com/model/species-transport-in-the-gas-diffusion-layers-of-a-pem-260 |
متغیرهای وابسته
گونه ها را در مدل اضافه یا حذف کنید و همچنین نام متغیرهای وابسته را که نشان دهنده غلظت گونه ها هستند تغییر دهید.
تعداد گونه ها را مشخص کنید . باید حداقل دو گونه وجود داشته باشد. برای افزودن یک گونه، روی دکمه افزودن غلظت ( ) در زیر جدول کلیک کنید. برای حذف یک گونه، آن را در لیست انتخاب کنید و روی دکمه حذف غلظت ( ) در زیر جدول کلیک کنید. نام گونه ها را مستقیماً در جدول ویرایش کنید.
) در زیر جدول کلیک کنید. برای حذف یک گونه، آن را در لیست انتخاب کنید و روی دکمه حذف غلظت ( 
) در زیر جدول کلیک کنید. نام گونه ها را مستقیماً در جدول ویرایش کنید. | گونه ها متغیرهای وابسته هستند و نام آنها باید با توجه به سایر متغیرهای وابسته در جزء منحصر به فرد باشد. |
