 |
الکترود سیمی
معرفی
یکی از مهمترین جنبه ها در طراحی سلول های الکتروشیمیایی، توزیع چگالی جریان در الکترولیت و الکترودها است. توزیع های چگالی جریان غیریکنواخت می تواند برای عملکرد فرآیندهای الکتروشیمیایی مضر باشد. در بسیاری از موارد، بخش‌هایی از الکترود که تحت چگالی جریان بالا قرار دارند، با سرعت بیشتری تخریب می‌شوند. دانش توزیع چگالی جریان نیز برای بهینه‌سازی استفاده از الکتروکاتالیست‌ها مطلوب است، زیرا این الکتروکاتالیست‌ها اغلب از فلزات گران‌قیمت ساخته شده‌اند. رسوب و مصرف غیر یکنواخت، و همچنین اضافه ولتاژهای غیرضروری بالا، با تلفات انرژی و احتمالاً واکنش‌های جانبی ناخواسته، ممکن است اثرات دیگری باشد که می‌خواهید به حداقل برسانید.
این مثال توزیع چگالی جریان اولیه ، ثانویه و ثالثیه ( مراجعه 1 ) یک سلول الکتروشیمیایی دلخواه را مدل می کند. این به طور متوالی از کلاس های مختلف توزیع چگالی جریان عبور می کند تا همچنین نشان دهد که چگونه پیچیدگی باید به تدریج هنگام مدل سازی سلول های الکتروشیمیایی معرفی شود.
هندسه یکسان در هر سه مورد در نظر گرفته می شود: یک ساختار الکترود سیمی بین دو سطح صاف الکترود قرار می گیرد، و در حجم باز بین سیم و سطوح صاف الکترولیت اجازه جریان یافتن دارد. شکل 1 را ببینید . سلول الکتروشیمیایی را می توان به عنوان یک سلول واحد از یک الکترود شبکه سیمی بزرگتر مشاهده کرد – یک تنظیم سلول الکتروشیمیایی رایج برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی در مقیاس بزرگ.
.
شکل 1: سلول الکتروشیمیایی مدل شده. الکترود سیم (آند) بین دو الکترود مسطح (کاتد). ورودی جریان به سمت چپ، خروجی به سمت راست. سطوح صاف بالا و پایین بی اثر هستند.
تعریف مدل
توزیع جریان اولیه
شکل 1 هندسه بررسی شده را نشان می دهد. در ابتدا، این مثال توزیع چگالی جریان اولیه را در نظر می گیرد. این وضعیتی است که در آن اختلاط الکترولیت شدید است یا شیب غلظت کم است، به طوری که مهاجرت یونی مکانیسم انتقال غالب است. تعادل جرم عمومی در الکترولیت، با فرض شرایط حالت پایدار و اینکه هیچ واکنش همگنی رخ نمی دهد، با
که در آن N i شار گونه i است (واحد SI: mol·m 2 /s)، که به نوبه خود توسط:
(1)
که در آن c i نشان دهنده غلظت یون i (واحد SI: mol/m 3 )، z i ظرفیت آن، D i انتشار آن (واحد SI: m2 / s)، m i تحرک آن (واحد SI: mol·m) است. 2 (s·V·A))، F ثابت فارادی (واحد SI: As/mol)، 
پتانسیل یونی، و u بردار سرعت (واحد SI: m/s) را نشان می‌دهد. اجزایی که توسط معادله حمل و نقل بالا عمل می کنند اغلب به عنوان مکانیسم های انتشار، مهاجرت و انتقال همرفت توصیف می شوند. چگالی جریان خالص را می توان از طریق زیر توصیف کرد:
پتانسیل یونی، و u بردار سرعت (واحد SI: m/s) را نشان می‌دهد. اجزایی که توسط معادله حمل و نقل بالا عمل می کنند اغلب به عنوان مکانیسم های انتشار، مهاجرت و انتقال همرفت توصیف می شوند. چگالی جریان خالص را می توان از طریق زیر توصیف کرد:
که در آن i بردار چگالی جریان است (واحد SI: A/m 2 ). ترکیب سه معادله بالا، در حالی که فرض الکتروخنثی (که عبارت همرفتی را حذف می‌کند) و گرادیان غلظت ناچیز (که انتشار را حذف می‌کند) نتیجه می‌گیرد:
چگالی جریان در تمام موارد زیر حفظ می شود:
(2)
به طوری که با ترکیب ظرفیت، تحرک یونی، غلظت ثابت و ثابت فارادی به یک رسانایی نماینده، κ (واحد SI: S/m))، معادله 2 می شود:
(3)
این معادله نهایی معادل قانون اهم است.
شرایط مرزی برای توزیع چگالی جریان اولیه فرض می‌کند که سینتیک روی سطوح الکترود سریع است، که اجازه می‌دهد پتانسیل ثابت روی این سطوح فرض شود (همه مرزهای دیگر عایق هستند). پتانسیل فاز جامد (رسانای الکترونیکی) روی کاتد، 
(واحد SI: V)، انتخاب مناسبی از پتانسیل مرجع در سیستم است:
(واحد SI: V)، انتخاب مناسبی از پتانسیل مرجع در سیستم است:
پتانسیل الکترود برابر است با اختلاف بین پتانسیل فاز جامد در الکترود، 
و پتانسیل در الکترولیت مجاور، :
و پتانسیل در الکترولیت مجاور، 
:
در صورت عدم وجود تلفات جنبشی، پتانسیل کاتد، Ec ، برابر با پتانسیل تعادل، Eq ,c است :
که شرط مرزی کاتد را تعیین می کند.
اختلاف پتانسیل در کل سلول، سلول E ، به عنوان اختلاف پتانسیل بین فازهای جامد دو الکترود تعریف می شود.
به این ترتیب شرایط مرزی برای پتانسیل یونی در آند را می توان از طریق:
توزیع جریان ثانویه
توزیع جریان ثانویه سینتیک الکترودها را در نظر می گیرد. قرار است اختلاط خوب باشد و شرایط خنثی الکتریکی همچنان مرتبط باشد، بنابراین قانون اهم توصیف خوبی برای معادلات در حوزه باقی می ماند. با این حال، واکنش‌های الکتروشیمیایی دیگر آنقدر سریع نیستند که بتوان یک پتانسیل ثابت در الکترودها اعمال کرد. خواص گونه های شیمیایی و توانایی آنها برای واکنش در سطح، یعنی نیروهای محرک واکنش (اضافه ولتاژ) باید در نظر گرفته شود.
در این مدل، عبارات چگالی جریان محلی، i (واحد SI: A/m 2 )، بر اساس معادله باتلر-ولمر ( مرجع 2 ) برای یک واکنش تک الکترونی است. برای حالت توزیع جریان ثانویه (یعنی بدون وابستگی به غلظت) به شرح زیر است:
در اینجا T دما و R ثابت گاز است (واحد SI: J/(K·mol). i 0 ، چگالی جریان مبادله، (واحد SI: A/m 2 )، و β، ضریب تقارن، واکنش هستند. و وابسته به الکترود است و بنابراین برای هر الکترود متفاوت است. اضافه پتانسیل، η ، تفاوت بین پتانسیل الکترود و پتانسیل تعادل برای واکنش الکترود است که به صورت زیر تعریف می شود:
این منجر به عبارات زیر برای مازاد پتانسیل برای کاتد و آند می شود:
توزیع فعلی سوم
در توزیع چگالی جریان سوم، انتقال جرم از طریق انتشار، همرفت، و مهاجرت باید در نظر گرفته شود (یعنی تمام اجزای معادله 1 ).
برای انتقال بار یونی خالص، فرض برای این مدل همچنان خنثی بودن الکتریکی و یک الکترولیت پشتیبان با گرادیان غلظت ناچیز است، به این معنی که توزیع پتانسیل در الکترولیت را می توان با قانون اهم توصیف کرد (معادله 3 ) .
برای معرفی یک وابستگی حمل و نقل جرم در این مدل، گونه‌هایی که در آند اکسید می‌شوند، اکنون دارای محدودیت‌های انتقال جرم هستند و غلظت موضعی آن، c (واحد SI: mol/m3 ) ، بر سینتیک الکترود تأثیر می‌گذارد. بنابراین، شاخه آندی عبارت باتلر-ولمر در آند، وابستگی به غلظت پیدا می کند، و این عبارت اکنون خوانده می شود
(4)
در اینجا c 0 (واحد SI: mol/m 3 ) غلظت مرجع (برابر غلظت ورودی) را نشان می دهد. معادله 4 بر روی الکترود سیم (آند) اعمال می شود، در حالی که کاتدها بیان چگالی جریان محلی را از مدل توزیع جریان ثانویه حفظ می کنند.
همچنین یک موازنه مومنتوم برای توصیف همرفت معرفی شده است. در این حالت، با استفاده از معادله ناویر-استوکس، فرض یک جریان آرام و غیر قابل تراکم ثابت است.
(5)
که در آن μ ویسکوزیته دینامیکی (واحد SI: Ns/m2 ) ، چگالی ρ (واحد SI: kg/ m3 ) و فشار p (واحد SI: Pa) است.
هیچ شرایط مرزی لغزش برای سطوح الکترود اعمال نمی‌شود و شرایط مرزی لغزش به بالا و پایین برای محاسبه سلول واحد به طور دوره‌ای در این جهت فضایی اعمال می‌شود. در ورودی، یک جریان آرام با سرعت متوسط ثابت مشخص شده است، در حالی که یک شرایط فشاری که فشار مرجع صفر را مشخص می کند در خروجی استفاده می شود.
در نهایت، معادله 1 حمل و نقل انبوه گونه های واکنش دهنده را محاسبه می کند:
(6)
شرایط مرزی بدون شار برای همه مرزها به جز ورودی، خروجی و آند اعمال می شود. در ورودی، غلظت ثابت مشخص شده است. شرایط خروجی برای خروجی اعمال می شود. قانون فارادی برای تعیین شار مولی خالص در آندی که گونه مصرف می شود استفاده می شود:
نتایج و بحث
شکل 2 نمودارهای پلاریزاسیون مختلف را نشان می دهد که از استفاده از یک حل کننده پارامتری برای حل هر سه حالت توزیع جریان حاصل می شود. با معرفی تلفات بالقوه ناشی از سینتیک و انتقال جرم در مدل، جریان کل کاهش می‌یابد. بخش های بعدی هر مورد را با جزئیات بیشتری پوشش می دهد.
شکل 2: نمودارهای پلاریزاسیون با مقایسه سه حالت توزیع جریان.
توزیع جریان اولیه
شکل 3 توزیع پتانسیل در الکترولیت و توزیع چگالی جریان در آند را در ولتاژ سلول 1.45 ولت نشان می دهد. توزیع چگالی جریان در گوشه های سیم ها بالاترین و در قسمت های مرکزی ساختار سیم نزدیک به صفر است.
شکل 3: توزیع جریان اولیه، سلول E = 1.45 V. توزیع پتانسیل در الکترولیت (بالا) و چگالی جریان در آند (پایین).
توزیع جریان ثانویه
شکل 4 نمودارهای توزیع جریان ثانویه را نشان می دهد. یک ولتاژ سلول بالاتر انتخاب شده است تا به جریان کل سلول قابل مقایسه با شکل 3 برسد . در مقایسه با توزیع جریان اولیه، توزیع جریان ثانویه نرم‌تر است، این به دلیل تأثیری است که چگالی جریان محلی بالا باعث تلفات اضافی پتانسیل موضعی در سطح الکترود می‌شود.
شکل 4: توزیع جریان ثانویه، سلول E = 1.65 V. توزیع پتانسیل در الکترولیت (چپ) و چگالی جریان در آند (راست).
توزیع جریان سوم
شکل 5 بزرگی سرعت جریان جریان و غلظت واکنش دهنده را در 1.8 ولت نشان می دهد. جریان همرفتی بین سیم ها نزدیک به صفر است و این منجر به ایجاد یک منطقه تخلیه با غلظت کم در این قسمت ها در سلول می شود.
شکل 5: میدان جریان (بالا: نمودار برش، سمت راست: فلش) و مشخصات غلظت (پایین: برش ها و سطح آند) در 1.8 ولت.
شکل 6 توزیع پتانسیل و چگالی جریان حاصل را نشان می دهد. غلظت کم بین سیم ها اکنون به شدت بر صافی توزیع جریان تأثیر می گذارد.
شکل 6: توزیع جریان سوم، سلول E = 1.65 V. توزیع پتانسیل در الکترولیت (بالا) و چگالی جریان در آند (پایین).
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
مدل را با استفاده از رابط های فیزیک زیر تنظیم کنید:
• | توزیع جریان اولیه برای مدل‌سازی پتانسیل الکترولیت، بر اساس قانون اهم ( معادله 3 ). توزیع جریان ثانویه و سوم با تغییر نوع توزیع جریان رابط به ثانویه مدل سازی می شود. |
• | حمل و نقل گونه های رقیق شده برای انتقال انبوه گونه های واکنش دهنده ( معادله 6 ). |
• | جریان آرام برای تعادل تکانه برای توصیف همرفت ( معادله 5 ). |
منابع
1. جی اس نیومن، سیستم های الکتروشیمیایی ، ویرایش دوم، پرنتیس هال، نیوجرسی، 1990.
2. J. O’M. بوکریس و AKN ردی، الکتروشیمی مدرن ، چاپ پلنوم، نیویورک، 1970.
مسیر کتابخانه برنامه: Fuel_Cell_and_Electrolyzer_Module/Electrolyzers/ wire_electrode
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Primary and Secondary Current Distribution>Primary Current Distribution (cd) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه مدل به عنوان یک دنباله هندسی پارامتری در یک فایل MPH جداگانه در دسترس است. اگر می‌خواهید آن را از ابتدا بسازید، دستورالعمل‌های بخش پیوست — دستورالعمل‌های مدل‌سازی هندسه را دنبال کنید . در غیر این صورت با مراحل زیر آن را از فایل بارگیری کنید.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل wire_electrode_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
اکنون شروع به تعریف فیزیک برای شبیه سازی توزیع اولیه جریان کنید. با پارامترهای مدل شروع کنید.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
Ecell | 1.3 [V] | 1.3 V | ولتاژ سلول |
Eeq_c | 0 [V] | 0 V | پتانسیل تعادل کاتدی |
Eeq_a | 1.2 [V] | 1.2 V | پتانسیل تعادل آند |
مواد
آب را از کتابخانه مواد اضافه کنید. با افزودن مقدار رسانایی، مواد را اصلاح کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
الکترولیت
1 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
2 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
هدایت الکترولیت | sigmal_iso ; sigmalii = sigmal_iso، sigmalij = 0 | 10[S/m] | S/m | هدایت الکترولیت |
3 | در قسمت نوشتار Label ، Electrolyte را تایپ کنید . |
توزیع جریان اولیه (CD)
الکترولیت 1
حالا شروع به تنظیم فیزیک کنید. فقط پتانسیل های تعادل و مقادیر مرزی پتانسیل الکترود باید برای توزیع جریان اولیه تنظیم شوند.
سطح الکترود 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Primary Current Distribution (cd) کلیک راست کرده و Electrode Surface را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2 و 5 را انتخاب کنید. |
انتخاب هایی برای این کاتدها ایجاد کنید. این انتخاب بعداً هنگام تنظیم فیزیک، مش بندی و پس پردازش بیشتر استفاده خواهد شد.
3 | در پنجره تنظیمات برای سطح الکترود ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، Cathodes را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
واکنش الکترود 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود ، بخش پتانسیل تعادل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Eq، Eeq_c را تایپ کنید . |
سطح الکترود 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electrode Surface را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 6-51 را انتخاب کنید. |
این انتخاب با انتخاب همه مرزها (چک کادر “همه مرزها”) و به دنبال آن لغو انتخاب همه سطوح خارجی آسان‌تر است.
3 | در پنجره تنظیمات برای سطح الکترود ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای ایجاد انتخاب ، آند را در قسمت متن انتخاب نام تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای سطح الکترود ، بخش وضعیت بالقوه فاز الکترود را پیدا کنید . |
8 | در قسمت متنی φ s ، Ecell را تایپ کنید . |
واکنش الکترود 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود ، بخش پتانسیل تعادل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Eq، Eeq_a را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
همچنین مقادیر اولیه پتانسیل الکترولیت را ارائه دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Primary Current Distribution (cd) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت phil text (Ecell-Eeq_a-Eeq_c)/2 را تایپ کنید . |
مش 1
مراحل زیر یک شبکه با لایه های مرزی در مجاورت سطوح آند و کاتد ایجاد می کند. این یک راه راحت برای افزایش تعداد عناصر مش نزدیک به سطح مورد علاقه است.
لایه های مرزی 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Boundary Layers کلیک کنید .
Boundary Layers کلیک کنید .ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 6 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Factor Stretching ، 1.3 را تایپ کنید . |
6 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن Thickness ، 2e-5[m] را تایپ کنید . |
ویژگی های لایه مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  More Attributes کلیک کنید و Boundary Layer Properties را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cathodes را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Factor Stretching ، 1.3 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی ضریب تنظیم ضخامت ، 5 را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
تعاریف
قبل از حل، چند جفت مولفه ایجاد کنید تا در هنگام تجزیه و تحلیل نتایج مورد استفاده قرار گیرند.
ادغام 1 (در اول)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، anode_int را در قسمت متن نام اپراتور تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
میانگین 1 (aveop1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، anode_avg را در قسمت متن نام اپراتور تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
اکنون مدل برای حل آماده است. برای حل طیف وسیعی از پتانسیل های سلولی، یک جارو ادامه کمکی اضافه کنید.
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Ecell (ولتاژ سلول) | محدوده (1.25،0.05،1.8) | V |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
8 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
9 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون مدل توزیع جریان اولیه را حل کرده اید.
راه حل 1 (sol1)
برای ذخیره این راه حل توزیع جریان اولیه خاص از آخرین محاسبات، راه حل را کپی و ذخیره کنید تا بعداً وقتی مدل را تغییر می دهید با این نتایج مقایسه شود.
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations را گسترش دهید . |
2 | روی Solution 1 (sol1) کلیک راست کرده و Solution>Copy را انتخاب کنید . |
توزیع جریان اولیه
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Study 1>Solver Configurations ، روی Solution 1 – Copy 1 (sol2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، توزیع جریان اولیه را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
نتایج
طرح پلاریزاسیون
اکنون یک نمودار پلاریزاسیون برای مدل توزیع جریان اولیه ایجاد کنید.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، پلاریزاسیون پلات را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، None را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cell voltage (V) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، جریان کل (A) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی پلاریزاسیون Plot کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان اولیه (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
abs(anode_int(cd.nIl)) | آ |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
توزیع جریان اولیه |
7 | در نوار ابزار Polarization Plot ، روی  Plot کلیک کنید . |
پتانسیل الکترولیت
موارد زیر یک هم سطحی از پتانسیل در الکترولیت ایجاد می کند.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Electrolyte Potential را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان اولیه (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (Ecell (V)) ، 1.45 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
ایزورفیس 1
1 | روی Electrolyte Potential کلیک راست کرده و Isosurface را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع چگالی جریان بدون بعد
شکل زیر یک نمودار نرمال شده از چگالی جریان الکترولیت نرمال روی سطح آند ایجاد می کند.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، توزیع چگالی جریان بدون بعد را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان اولیه (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (Ecell (V)) ، 1.45 را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش انتخاب کلیک کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
6 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی توزیع چگالی جریان بدون ابعاد کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
چگالی جریان معمولی تقسیم بر میانگین چگالی جریان عادی را رسم کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، (comp1.cd.nIl)/anode_avg(comp1.cd.nIl) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار توزیع چگالی جریان بدون ابعاد ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع جریان اولیه (CD)
اکنون مدل را برای شبیه سازی توزیع جریان ثانویه تغییر دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Primary Current Distribution (cd) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع جریان اولیه ، بخش نوع توزیع فعلی را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع فعلی ، ثانویه را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
پارامترهای مورد نیاز را برای مدل ثانویه اضافه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
i0_c | 100 [A/m^2] | 100 A/m² | چگالی جریان تبادل کاتدی |
i0_a | 100 [A/m^2] | 100 A/m² | چگالی جریان تبادل آند |
be_c | 0.5 | 0.5 | فاکتور تقارن کاتد |
be_a | 0.5 | 0.5 | فاکتور تقارن آند |
تی | 298[K] | 298 K | درجه حرارت |
توزیع جریان ثانویه (CD)
واکنش الکترود 1
اکنون شرایط مرزی جدید را برای توزیع جریان ثانویه با اضافه کردن پارامترهای جنبشی مورد نیاز برای واکنش الکترود 1 (er1) در گره سطح الکترود 1 (es1) تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Secondary Current Distribution (cd)> Electrode Surface 1 ، روی Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عبارت Kinetics ، Butler-Volmer را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن i 0 ، i0_c را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن α a ، be_c را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن α c ، 1-be_c را تایپ کنید . |
به طور مشابه، پارامترهای جنبشی در آند را برای واکنش الکترود 1 (er1) در گره سطح الکترود 2 (es2) تعریف کنید.
واکنش الکترود 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Secondary Current Distribution (cd)>Electrode Surface 2 ، روی Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عبارت Kinetics ، Butler-Volmer را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن i 0 ، i0_a را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن α a ، be_a را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن α c ، 1-be_a را تایپ کنید . |
تعاریف جهانی
ورودی های مدل پیش فرض
مقدار دمای مورد استفاده در کل مدل را تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions، روی Default Model Inputs کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی های مدل پیش فرض ، بخش Browse Model Inputs را پیدا کنید . |
3 | در درخت، General>Temperature (K) – minput.T را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش عبارت برای انتخاب باقیمانده را پیدا کنید . در قسمت متن دما ، T را تایپ کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
پتانسیل الکترولیت
اکنون مشکل توزیع جریان ثانویه را حل کرده اید.
مطالعه 1
توزیع جریان ثانویه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی راه حل 1 (sol1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، توزیع جریان ثانویه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نتایج
با افزودن نمودار قطبش توزیع جریان ثانویه، به نتایج نگاه کنید.
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Polarization Plot روی Global 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان ثانویه (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
توزیع جریان ثانویه |
طرح پلاریزاسیون
1 | در پنجره Model Builder ، روی پلاریزاسیون Plot کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Polarization Plot ، روی  Plot کلیک کنید . |
پتانسیل الکترولیت
با انتخاب مجموعه داده های مختلف، اکنون می توانید نتایج توزیع جریان اولیه و ثانویه را در نمودارهای سه بعدی مقایسه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrolyte Potential کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان ثانویه (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (Ecell (V)) ، 1.65 را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع چگالی جریان بدون بعد
1 | در پنجره Model Builder ، روی توزیع چگالی جریان بدون بعد کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ توزیع جریان ثانویه (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (Ecell (V)) ، 1.65 را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار توزیع چگالی جریان بدون ابعاد ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
اکنون با اضافه کردن حمل و نقل انبوه، مسئله را برای مدل سازی یک مسئله توزیع جریان سوم تغییر دهید. با اضافه کردن پارامترها شروع کنید.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
D | 1e-9[m^2/s] | 1E-9 متر مربع در ثانیه | ضریب انتشار |
c_in | 1e3[mol/m^3] | 1000 mol/m³ | غلظت ورودی |
u_in | 5[mm/s] | 0.005 متر بر ثانیه | سرعت جریان ورودی |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Chemical Species Transport>Transport of Diluted Species (tds) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده (TDS)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transport of Diluted Species (tds) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های رقیق ، بخش مکانیسم های حمل و نقل را پیدا کنید . |
3 | چک باکس مهاجرت در میدان الکتریکی را انتخاب کنید . |
هزینه های گونه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species (tds) روی Species Charges کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Species Properties ، بخش Charge را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن z c ، -1 را تایپ کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 1
میدان سرعت بعداً با استفاده از ویژگی چندفیزیکی جریان واکنشی با جریان آرام جفت می‌شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل ، بخش Diffusion را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن D c ، D را تایپ کنید . |
پتانسیل مهاجرت بعداً با استفاده از ویژگی چندفیزیکی جفت بالقوه با توزیع جریان ثانویه همراه خواهد شد.
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جریان ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name Inlet را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Inflow ، بخش Concentration را پیدا کنید . |
8 | در قسمت متنی c 0,c ، c_in را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 52 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، Outlet را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن c ، c_in را تایپ کنید . |
کوپلینگ سطح الکترود 1
با استفاده از ویژگی اتصال رابط الکترود-الکترولیت، شار روی سطح آند را با جریان واکنش الکترود جفت کنید.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electrode Surface Coupling را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اتصال سطح الکترود ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
ضرایب واکنش 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electrode Surface Coupling 1 را گسترش دهید ، سپس روی Reaction Coefficients 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ضرایب واکنش ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | از لیست i loc ، چگالی جریان محلی ، واکنش الکترود 1 (cd/es2/er1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ضرایب استوکیومتری را پیدا کنید . در قسمت متن ν c ، 1 را تایپ کنید . |
توزیع جریان ثانویه (CD)
همچنین بیان چگالی جریان را تغییر دهید تا وابسته به غلظت باشد.
واکنش الکترود 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Secondary Current Distribution (cd)>Electrode Surface 2 ، روی Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود ، بخش پتانسیل تعادل را پیدا کنید . |
3 | از لیست Eq ، معادله Nernst را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Eq ,ref ( T ) Eeq_a را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن C R ، c/c_in را تایپ کنید . |
6 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . از لیست نوع چگالی جریان Exchange ، From Nernst Equation را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0_a را تایپ کنید . |
جریان آرام (SPF)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، u_in را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
4 | بخش شرایط فشار را پیدا کنید . چک باکس Normal flow را انتخاب کنید . |
دیوار 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 3 و 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . |
4 | از لیست شرایط دیوار ، لغزش را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
در نهایت، ویژگی های چندفیزیکی جریان واکنش و جفت پتانسیل را تنظیم کنید.
جریان واکنش، گونه رقیق شده 1 (rfd1)
در نوار ابزار Physics ، روی Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting Flow، Diluted Species را انتخاب کنید .
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting Flow، Diluted Species را انتخاب کنید .جفت بالقوه 1 (pc1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Potential Coupling را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
ریشه
در مرحله بعد، حل کننده مشکل توزیع جریان سوم را تنظیم کنید. این کار را با اضافه کردن یک مطالعه جدید انجام دهید که در آن ابتدا مشکل جریان را حل کنید، که به متغیرهای دیگر بستگی ندارد، و سپس انتقال گونه‌ها و جریان‌های الکتریکی.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | در جدول، کادرهای حل برای توزیع جریان ثانویه (cd) و حمل و نقل گونه های رقیق شده (tds) را پاک کنید . |
ثابت 2
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادر حل برای جریان لایه (spf) را پاک کنید . |
یک جارو ادامه کمکی برای پارامتر Ecell تنظیم کنید .
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Ecell (ولتاژ سلول) | محدوده (1.25،0.05،1.8) | V |
راه حل 3 (sol3)
برای کاهش زمان حل کننده، به یک حل کننده مستقیم کاملاً جفت شده تغییر دهید.
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 3 (sol3) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2 را گسترش دهید . |
4 | روی Study 2>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2 کلیک راست کرده و Fully Coupled را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای Fully Coupled ، بخش General را پیدا کنید . |
6 | از لیست حل خطی ، Direct (cd) را انتخاب کنید . |
7 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
9 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
10 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون توزیع جریان سوم را حل کرده اید.
11 | در قسمت نوشتار برچسب ، توزیع جریان سوم را تایپ کنید . |
نتایج
توزیع جریان سوم را به نمودار پلاریزاسیون اضافه کنید.
جهانی 3
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Polarization Plot روی Global 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، توزیع جریان سوم /راه حل 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
توزیع جریان سوم |
5 | در نوار ابزار Polarization Plot ، روی  Plot کلیک کنید . |
سرعت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Velocity را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، توزیع جریان سوم /راه حل 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
برش 1
1 | روی Velocity کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Laminar Flow>Velocity and Press>spf.U – Velocity magnitude – m/s را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . در قسمت متن Planes ، 7 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تمرکز
پس پردازش را با ایجاد یک فلش، برش و نمودار سطحی که غلظت و جریان را در سلول تجسم می کند، به پایان برسانید.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Concentration را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، توزیع جریان سوم /راه حل 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
فلش جلد 1
1 | روی Concentration کلیک راست کرده و Arrow Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Linar Flow>Velocity and Press>u,v,w – فیلد سرعت را انتخاب کنید . |
3 | قسمت تعیین موقعیت پیکان را پیدا کنید . زیربخش نقاط شبکه ای x را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 15 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش نقاط شبکه ای y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 15 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش نقاط شبکه z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
فلش جلد 2
1 | روی فلش جلد 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت تعیین موقعیت پیکان را پیدا کنید . زیربخش نقاط شبکه ای y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 1 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش نقاط شبکه z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 15 را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از فهرست Plot ، فلش جلد 1 را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار تمرکز ، روی  Plot کلیک کنید . |
تمرکز
در پنجره Model Builder ، روی Concentration کلیک کنید .
چند برش 1
1 | در نوار ابزار Concentration ، روی  More Plots کلیک کنید و Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species>Species c>c – Concentration – mol/m³ را انتخاب کنید . |
3 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش x-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Concentration کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species>Species c>c – Concentration – mol/m³ را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Multislice 1 را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آند را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار تمرکز ، روی  Plot کلیک کنید . |
پتانسیل الکترولیت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Electrolyte Potential کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، توزیع جریان سوم /راه حل 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electrolyte Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
توزیع چگالی جریان بدون بعد
1 | در پنجره Model Builder ، روی توزیع چگالی جریان بدون بعد کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، توزیع جریان سوم /راه حل 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار توزیع چگالی جریان بدون ابعاد ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ضمیمه – دستورالعمل های مدل سازی هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Blank Model کلیک کنید .
Blank Model کلیک کنید .افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .
Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .هندسه 1
1 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
2 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
بلوک 1 (blk1)
در نوار ابزار Geometry ، روی Block کلیک کنید .
Block کلیک کنید .تعاریف
مشاهده 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید ، سپس روی View 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مشاهده ، بخش View را پیدا کنید . |
3 | تیک Wireframe rendering را انتخاب کنید . |
هندسه 1
بلوک 1 (blk1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Block 1 (blk1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 22 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 8 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -11 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -4 را تایپ کنید . |
انتخاب های تجمعی
در نوار ابزار هندسه ، روی Selections کلیک کنید و انتخاب های تجمعی را انتخاب کنید .
Selections کلیک کنید و انتخاب های تجمعی را انتخاب کنید .اتحاد. اتصال
1 | روی Cumulative Selections کلیک راست کرده و Cumulative Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، Union را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، -1 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مربع 1 (sq1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  مربع کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربع ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Side length ، 2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -6 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن yw ، -1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> فیله 1 (fil1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Fillet کلیک کنید . |
2 | در شیء sq1 ، فقط نقاط 1-4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Radius ، 0.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی fil1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن xw size ، عدد 3 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، عدد 5 را تایپ کنید . |
اکسترود 1 (ext1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1>Work Plane 1 (wp1)>View 2 را گسترش دهید . |
2 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فاصله ها (میلی متر) |
6 |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، اتحادیه را انتخاب کنید . |
صفحه کار 2 (wp2)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، yz-plane را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن مختصات x ، 11 را تایپ کنید . |
صفحه کار 2 (wp2)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 2 (wp2)> مربع 1 (sq1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  مربع کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربع ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Side length ، 2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
صفحه کار 2 (wp2)> فیله 1 (fil1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Fillet کلیک کنید . |
2 | در شیء sq1 ، فقط نقاط 1-4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Radius ، 0.5 را تایپ کنید . |
اکسترود 2 (ext2)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1>Work Plane 2 (wp2)>View 3 را گسترش دهید . |
2 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فاصله ها (میلی متر) |
22 |
5 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، اتحادیه را انتخاب کنید . |
اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید . |
3 | از لیست اشیاء ورودی ، Union را انتخاب کنید . |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، بخش Entities یا Objects to Delete را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
5 | در شی uni1 فقط دامنه های 1 و 16 را انتخاب کنید.  |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
اتحادیه 2 (uni2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اشیاء ورودی ، Delete Entities 1 را انتخاب کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk1 را انتخاب کنید. |
اتحادیه 2 (uni2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Union 2 (uni2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . |
3 | تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Difference 1 (dif1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
3 | از لیست Objects to Subtract ، Union 2 را انتخاب کنید . |
جعبه انتخاب 1 (boxsel1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Box Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Box Selection ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت متن x حداقل ، -60 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن x ، 60 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل y متن، -2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر y ، 2 را تایپ کنید . |
کاتدها
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Cathodes را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
آند
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Box Selection 1 (boxsel1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب جعبه ، آند را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
کاتدها (sel1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Cathodes (sel1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، بخش Entities to Select را پیدا کنید . |
3 | Entities را برای انتخاب زیربخش پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
4 | در شی dif1 فقط مرزهای 2 و 5 را انتخاب کنید. |
آند (boxsel1)، کاتد (sel1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 ، روی Ctrl کلیک کنید تا Anode (boxsel1) و Cathodes (sel1) را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Move Down را انتخاب کنید . |
ورودی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، ورودی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
4 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | در باله شی ، فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
پریز
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Outlet را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در باله شی ، فقط مرز 52 را انتخاب کنید. |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
