به دلیل ماهیت بسیار غیرخطی سینتیک الکترود، حل برخی از مدل های الکتروشیمیایی می تواند دشوار باشد. این بخش شامل چند نکته و ترفند کلی برای تسهیل حل مدل، عیب یابی و بهبود دقت راه حل است.
مشکلات عمومی توزیع فعلی
اگر در حل مشکلی با مشکل مواجه شدید با پیشنهادات زیر شروع کنید.
• | اطمینان حاصل کنید که سطوح پتانسیل در جایی در مدل، ترجیحاً با اتصال یک الکترود به زمین، “بند چکمه” است. اگر هیچ سطح بالقوه ای در هیچ کجای مدل تعریف نشده باشد، مدل شما ممکن است راه حل های بی نهایت زیادی داشته باشد و مدل همگرا نشود. |
• | استفاده از Stationary with Initialization یا Time Dependent with Initialization را در نظر بگیرید . هر دو این مطالعه از مرحله مطالعه اولیه توزیع فعلی به عنوان اولین گام برای حل تنها پتانسیل ها استفاده می کنند. اگر برای حل مرحله دوم این مطالعه با مشکل مواجه شدید، ممکن است مجبور شوید تنظیمات «نوع توزیع فعلی» را به ثانویه در گره مرحله مطالعه راه‌اندازی توزیع فعلی تغییر دهید ، و همچنین مقادیر اولیه را همانطور که در گلوله بعدی توضیح داده شده است، مرور کنید. |
• | ارزش های اولیه ، به ویژه پتانسیل ها را مرور کنید . مقادیر پتانسیل اولیه مناسب را معمولاً می توان با ایجاد یک “پیاده روی بالقوه” از طریق هندسه استخراج کرد که از مرز زمین شروع می شود. با فرض تفاوت پتانسیل تعادل بین الکترود و الکترولیت برای واکنش های الکترود اصلی، پتانسیل های الکتریکی و الکترولیت را در حوزه های دیگر محاسبه کنید. |
• | هنگام عیب یابی به سینتیک باتلر-ولمر خطی شده (یا توزیع جریان اولیه ) بروید . این می تواند برای کمک به دستیابی به راه حلی برای مدلی مفید باشد که با سینتیک غیرخطی حل نمی شود، در نتیجه مقادیر اولیه مناسب برای مسئله غیرخطی را نشان می دهد. |
• | اگر مدل شما حاوی الکترودهای متخلخل است، سعی کنید رزولوشن مش را در این حوزه‌ها، به‌ویژه به سمت مرزهای الکترولیت، اصلاح کنید. |
 |
|
الکتروشیمی همراه با حمل و نقل انبوه
اگر این مدل شامل الکتروشیمی همراه با حمل و نقل انبوه است، در اینجا چند چیز برای کمک به بهبود همگرایی مدل وجود دارد.
• | مقادیر اولیه را برای مقادیر غلظت بررسی کنید . مقادیر غلظت اولیه صفر می‌تواند برای مشکلات توزیع جریان سوم و شبیه‌سازی باتری نامناسب باشد، زیرا می‌تواند به این معنی باشد که هیچ حامل شارژ یا ماده واکنش‌دهنده وجود ندارد. |
• | اگر انتظار می رود شیب غلظت تند نزدیک به سطوح الکترود باشد، از مش بندی لایه مرزی یا تنظیمات اندازه مش ریزتر در این مرزها استفاده کنید. |
• | هنگام تنظیم عبارات سینتیکی تعریف شده توسط کاربر، از ارزیابی غلظت های منفی با استفاده از عباراتی مانند max(c، eps^2) اجتناب کنید ، که eps اپسیلون ماشین است (عددی بسیار کوچک اما محدود). |
• | سعی کنید ابتدا جریانهای کم و مازاد پتانسیل کم را حل کنید، سپس بار سلولی را افزایش دهید (برای مشکلات ثابت این کار را می توان با استفاده از جارو کمکی با ادامه انجام داد). |
• | اگر مشکلی که مربوط به حمل و نقل جرم است برای جریان های بالا به سختی حل می شود، اما برای جریان های کم حل می شود، ممکن است به دلیل محدودیت های انتقال جرم باشد. در این مورد، مقادیر پارامتر حمل و نقل را بررسی کنید و بررسی کنید که مقادیر فعلی معقول هستند. اگر چگالی جریان به طور غیر منطقی زیاد است، تنظیمات واکنش الکترود را بررسی کنید. |
• | برای مسائل وابسته به زمان که پس از مدت زمان معینی با مشکلات همگرایی مواجه می شوند، راه حل را در آخرین مرحله زمانی مرور کنید. اگر محلول یک واکنش دهنده به صفر یا یک مقدار حداکثر (برای الکترودهای درج در باتری ها) در هنگام بروز مسائل همگرایی برسد، بار فعلی مدل نسبت به غلظت اولیه یا خواص انتقال جرم شما بسیار زیاد است. |
 |
در کتابچه راهنمای مرجع Multiphysics COMSOL:
|
تنظیم یک دنباله مطالعه برای مسائل چند فیزیک
برای مسائل چند فیزیک، سعی کنید دنباله مطالعه را تنظیم کنید.
• | رابط های فیزیک خاصی را در یک دنباله حل کنید. این در بسیاری از موارد می تواند زمان محاسباتی را کاهش دهد و همگرایی را بهبود بخشد. تجزیه و تحلیل نتایج هنگام حل یک رابط فیزیک به طور جداگانه نیز می تواند در عیب یابی یک مدل غیر همگرا کمک کند. |
• | یک استراتژی خوب اغلب حل کردن برای پتانسیل ها (یعنی غیرفعال کردن رابط های انتقال جرم و جریان)، با استفاده از یک مرحله مطالعه ثابت، قبل از حل مدل کامل در دنباله مطالعه است. در این روش محلول ثابت به عنوان مقادیر اولیه برای مراحل زیر استفاده می شود. این می تواند به صورت دستی با تغییر تنظیمات گره مطالعه، یا به صورت خودکار با استفاده از دنباله های مطالعه Stationary with Initialization یا Time Dependent with Initialization ، همانطور که در بالا توضیح داده شد، باشد. |
• | در بسیاری از مدل ها، پروفیل جریان فقط اندکی (یا اصلاً) تحت تأثیر تغییرات چگالی جریان قرار می گیرد. بنابراین می‌تواند یک استراتژی خوب برای حل جداگانه برای جریان در اوایل توالی مطالعه، و سپس حل برای سایر رابط‌های فیزیک در مراحل بعدی باشد. (اگر جریان به هیچ وجه تحت تأثیر توزیع جریان قرار نگیرد، حل جریان را می توان به طور کامل در مراحل متوالی غیرفعال کرد.) |
 |
در کتابچه راهنمای مرجع Multiphysics COMSOL:
|
مشکلات وابسته به زمان با مراحل بارگذاری
برای مشکلات وابسته به زمان، موارد زیر را امتحان کنید تا به مسائل مربوط به دقت و همگرایی با توجه به مراحل بارگذاری ناگهانی فعلی یا بالقوه رسیدگی کنید.
• | از عملکردهای جریان هموار یا بار بالقوه استفاده کنید تا از مراحل بارگذاری آنی یا گسسته جلوگیری کنید. |
• | یک خازن دو لایه به مدل اضافه کنید که می تواند ثبات عددی را بهبود بخشد. |
• | اگر می‌خواهید حل‌کننده را از دست ندادن مراحل بارگذاری مربعی کوتاه جلوگیری کنید، حداکثر گام برداشته‌شده توسط حل‌کننده را کاهش دهید ، یا گام‌های برداشته‌شده توسط تنظیم حل‌کننده را از رایگان به Strict یا متوسط تغییر دهید تا مراحل زمانی را با استفاده از قسمت نوشتاری Times کنترل کنید. . اگر چرخه بار به صورت پویا تغییر کند، استفاده از رابط رویدادها نیز می تواند در موارد خاصی یک گزینه باشد. |
 |
در کتابچه راهنمای مرجع Multiphysics COMSOL:
|
تنظیمات حل کننده
سعی کنید تنظیمات حل کننده را تنظیم کنید.
• | در موارد نادر، سعی کنید حداکثر تعداد تکرارها را افزایش دهید . |
• | اگر از قبل ترتیب بزرگی متغیرهای وابسته را بدانید، تنظیم روش مقیاس‌بندی روی دستی برای اینها می‌تواند همگرایی و دقت نتایج را بهبود بخشد. این ممکن است اهمیت ویژه ای در حل غلظت هایی داشته باشد که در ابتدا بسیار کوچک هستند اما ترتیب قدر نهایی آنها از قبل مشخص است . به عنوان مثال، این می تواند برای گونه های فعال در یک مدل باتری باشد. |
 | در کتابچه راهنمای مرجع Multiphysics COMSOL:
|
 | مطالعات الکتروشیمی و مراحل مطالعه و ولتامتری سیکلی در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL |
 | در سیستم های چند جزئی، پیش بینی پتانسیل استراحت و جهت جریان جریان به ندرت ساده است. مرحله راه‌اندازی کنونی در COMSOL Multiphysics این کار را برای شما انجام می‌دهد، اما تنها زمانی درست است که غلظت‌ها و پتانسیل‌های رسمی برای همه واکنش‌های الکترود دقیقاً و با توجه به یک مقیاس مرجع مشترک مشخص شده باشد. |
 | مطالعات الکتروشیمی و مراحل مطالعه در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL |
 | مطالعات و حل‌ها و ساخت یک مدل چندفیزیکی COMSOL در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL |
