 |
حمل و نقل بازدارنده خوردگی
معرفی
این مدل خوردگی جوی حاصل را به دلیل خراش در یک پوشش فلزی شبیه سازی می کند. این خراش منجر به یک جفت گالوانیکی می شود که از یک پوشش فلزی Al-Co-Ce و یک آلیاژ آلومینیوم در تماس با یک لایه نازک الکترولیت تشکیل شده است.
بازدارنده های خوردگی از پوشش فلزی آزاد می شوند و با انتشار و مهاجرت به سطح خراش آلومینیومی منتقل می شوند. این مدل برای حمل بار و انبوه 11 گونه، از جمله 5 واکنش همگن، حساب می کند.
این مدل توزیع گذرا و فضایی گونه‌ها را در فیلم محاسبه می‌کند، و زمان مورد نیاز برای تجمع غلظت بازدارنده بحرانی روی سطح خراش آلومینیومی را به منظور محافظت از آن در برابر خوردگی تخمین می‌زند. با تغییر اندازه خراش و pH اولیه الکترولیت، زمان تجمع تغییر می کند.
مثال بر اساس مقاله ای از پرسوئل-مورنو و دیگران است ( مراجعه 1 ).
تعریف مدل
این مدل یک زوج گالوانیکی را در تماس با یک فیلم الکترولیت (0.05 مولار NaCl) با ضخامت 100 میکرومتر تعریف می‌کند .
هندسه مدل به صورت 1 بعدی تعریف شده است و از دو حوزه تشکیل شده است که نشان دهنده لایه الکترولیت نازک واقع در بالای پوشش فلزی Al-Co-Ce و سطوح آلیاژ آلومینیوم (AA2024) است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است .
شکل 1: هندسه مدل.
سطح AA2024 نشان دهنده خراش است که در آن پوشش فلزی به خطر افتاده است و سطح زیر آلومینیومی را آشکار می کند. دو عرض خراش در این مدل در نظر گرفته شده است: 750 میکرو متر و 1500 میکرومتر . عرض کل پوشش با احتساب عرض خراش 1 سانتی متر است.
توجه داشته باشید که با تعریف مدل به صورت 1 بعدی، خواص همگن الکترولیت در جهت ضخامت لایه در نظر گرفته می شود.
واکنش های الکتروشیمیایی
انحلال فلز و کاهش اکسیژن دو واکنش الکتروشیمیایی هستند که هم در پوشش فلزی Al-Co-Ce و هم در سطوح خراش AA2024 رخ می دهند.
انحلال فلز بر اساس اتفاق می افتد
واکنش کاهش اکسیژن با توجه به
چگالی جریان محلی برای انحلال فلز، i loc، Me (A/m 2 )، و کاهش اکسیژن، i loc، O2 (A/m2)، عموماً هم به پتانسیل و هم به pH بستگی دارد.
در پتانسیل مدار باز، چگالی جریان غیرفعال i pass (A/m 2 ) به چگالی جریان انحلال فلز و کاهش اکسیژن مربوط می شود.
به طوری که
در این آموزش، داده‌های تجربی برای چگالی جریان غیرفعال و پتانسیل‌های مدار باز متناظر به عنوان توابع pH، با استفاده از توابع درون‌یابی ( مرجع 1 )، برای تعریف چگالی جریان محلی استفاده می‌شوند.
برای انحلال فلز، چگالی جریان محلی تقریباً برابر با چگالی جریان غیرفعال مربوطه در تمام پتانسیل‌ها برای پوشش فلزی Al-Co-Ce و سطوح خراش AA2024 است. یونهای Al 3 + ، Co 2 + و Ce 3 + به طور هماهنگ در سطح پوشش فلزی متناسب با ترکیب آنها در آلیاژ حل می شوند (Al 87 Co 8.7 Ce 4.3 ).
برای واکنش کاهش اکسیژن، بیان سینتیک تافل کاتدی زیر در هر دو سطح استفاده می شود:
که در آن i 0، O2 (A/m2) چگالی جریان تبادل و A O2 (V) به ترتیب شیب تافل کاتدی واکنش کاهش اکسیژن است. مازاد پتانسیل واکنش کاهش اکسیژن، ηO2 (V)، به صورت زیر تعریف می شود:
پتانسیل مدار باز برای کاهش اکسیژن در سطح خش AA2024 ثابت است، جایی که همانطور که تعریف شده است به pH در سطح پوشش فلزی Al-Co-Ce وابسته است ( مراجعه 1 ). شیب تافل برای هر دو سطح ثابت تنظیم شده است.
علاوه بر این، چگالی جریان موضعی واکنش کاهش اکسیژن با انتشار محدود می‌شود و در نتیجه:
که در آن i O2,lim (A/m2 ) چگالی جریان محدود کننده برای کاهش اکسیژن است.
اکنون می‌توان با استفاده از این رابطه، چگالی جریان مبادله‌ای وابسته به pH برای کاهش اکسیژن بدست آورد
منجر به
در این مدل، چگالی جریان محلی برای هر دو واکنش انحلال فلز و همچنین واکنش کاهش اکسیژن در جهت ضخامت لایه به یک منبع واکنش الکترود حجمی، iv (A/m 3 ) ، با ضرب در سطح ویژه فعال همگن می‌شود. , a v (m 2 /m 3 )، با توجه به
که در آن سطح ویژه فعال بر حسب ضخامت لایه الکترولیت، δ (m)، با توجه به
واکنش های همگن
پنج واکنش همگن در مدل در نظر گرفته شده است. واکنش ها، همراه با ثابت های سرعت رو به جلو و معکوس مربوطه خود ( مراجعه 2 )، در جدول 1 فهرست شده اند .
واکنش ها | K f | K r |
 | 1 x 10 -8 (1/s) | 1 (m3 / mol/s) |
 | 4.2 x 10 4 (m 3 /mol/s) | 4.6 × 10 6 (m 3 /mol/s) |
 | 4.2 x 10 4 (m 3 /mol/s) | 3.6 x 10 6 (m 3 /mol/s) |
 | 5.6 x 10 4 (m 3 /mol/s) | 2.8 x 10 6 (m 3 /mol/s) |
 | 1 × 10 -8 (m 3 /mol/s) | 1 (m3 / mol/s) |
حمل و نقل گونه ها
شار برای هر یک از گونه ها (یون ها) در الکترولیت توسط معادلات نرنست-پلانک بر اساس
که در آن N i بردار انتقال (mol/(m 2 ·s))، c i غلظت در الکترولیت (mol/m 3 )، z i بار برای گونه های یونی، u i تحرک گونه های باردار ( m2 /(s·J·mole))، F ثابت فارادی (As/mole)، و پتانسیل در الکترولیت (V).
گونه های مدل شده، همراه با ضرایب انتشار مربوطه آنها در محلول الکترولیت ( مراجعه 1 )، در جدول 2 فهرست شده اند .
گونه ها | D (M 2 /S)·10 9 |
اون + | 1.334 |
Cl – | 2.032 |
H + | 9.311 |
اوه – | 5.273 |
Al 3+ | 0.541 |
AlOH 2+ | 1.185 |
Al(OH) 2 + | 1.185 |
Al(OH) 3 | 1.185 |
Co 2+ | 0.724 |
CE 3+ | 0.397 |
تحرک ها با استفاده از رابطه نرنست-اینشتین محاسبه می شوند:
سرعت واکنش الکتروشیمیایی برای هر گونه Ri ,echem (mol/m 3 /s) بر اساس چگالی جریان حجمی طبق قانون فارادی است.
که ν i یک ضریب استوکیومتری برای گونه i در واکنش و n تعداد الکترون است. ضریب استوکیومتری و تعداد الکترون ها به طور مناسب در سطح پوشش فلزی تنظیم می شوند تا یون های انحلال متجانس Al 3+ ، Co 2+ و Ce 3+ را به نسبت ترکیب آنها در آلیاژ جذب کنند (Al 87 Co 8.7 Ce 4.3 ).
سپس توازن مادی از طریق بیان می شود
با استفاده از یک تعادل مواد برای هر گونه. Ri ,chem نرخ‌های حجمی واکنش‌های همگنی است که در فیلم الکترولیت اتفاق می‌افتد، همانطور که در بالا توضیح داده شد .
معادله حاکم بر پتانسیل الکترولیت بر اساس مجموع تمام موازنه های جرم و شرایط الکتروخنثی است.
نتایج و بحث
شکل 2 تغییر غلظت یون Ce 3+ را در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 750 میکرومتر و pH اولیه 2 در زمان های مختلف نشان می دهد. غلظت یون Ce 3 از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا فرض بر این است که بالاتر از یک سطح غلظت بحرانی خاص، Ce 3+ شروع به مهار انحلال فلز سطح خراش می کند. غلظت بحرانی یون Ce 3 + ، برای غلظت کلرید 0.05 مولار تخمین زده شده است که در Ref. 1 نیز به صورت خط چین و نقطه چین در شکل 2 رسم شده است . مشاهده می شود که غلظت بحرانی Ce 3+برای این شرایط، یون‌ها برای کل سطح خراش در حدود 5 ساعت به دست می‌آیند.
شکل 2: تغییر غلظت یون Ce 3+ در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 750 میکرومتر و pH اولیه 2 در زمان های مختلف.
شکل 3 تغییر غلظت یون Ce 3+ را در امتداد سطوح الکترود هنگام افزایش عرض خراش تا 1500 میکرومتر نشان می دهد . در حال حاضر غلظت بحرانی یون Ce 3 + پس از حدود 6.5 ساعت رسیده است. بنابراین، با افزایش عرض خراش، زمان لازم برای محافظت از سطح خراش افزایش می یابد که به دلیل افزایش سطح و طول حمل و نقل بیشتر، انتظار می رود.
شکل 3: تغییر غلظت یون Ce 3+ در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 1500 میکرومتر و pH اولیه 2 در زمان های مختلف.
شکل 4 تغییر غلظت یون Ce 3+ را در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 750 میکرومتر و افزایش pH اولیه 6 نشان می دهد. اکنون 7.5 ساعت برای رسیدن به غلظت بحرانی مورد نیاز است. بنابراین، با افزایش pH اولیه، زمان لازم برای پوشاندن سطح خراش با غلظت بحرانی یون Ce 3+ افزایش می‌یابد.
شکل 4: تغییر غلظت یون Ce 3+ در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 750 میکرومتر و pH اولیه 6 در زمان های مختلف.
شکل 5 تغییر غلظت یون Ce 3+ را در امتداد سطوح الکترود برای افزایش عرض خراش 1500 میکرومتر و افزایش اولیه pH 6 در زمان‌های مختلف نشان می‌دهد. اکنون 9.5 ساعت برای رسیدن به شرایط حفاظتی مورد نیاز است.
شکل 5: تغییر غلظت یون Ce 3+ در امتداد سطوح الکترود برای عرض خراش 1500 میکرومتر و pH اولیه 6 در زمان های مختلف.
به طور کلی، تغییرات pH در مدل، بر سینتیک موضعی واکنش‌های الکترود تأثیر می‌گذارد. شکل 6 تغییر pH را در طول سطوح الکترود برای عرض خراش 1500 میکرومتر و pH اولیه 6 در زمان های مختلف نشان می دهد . pH محلول الکترولیت با گذشت زمان در سطح خراش افزایش می یابد که به واکنش کاهش اکسیژن غالب نسبت داده می شود.
شکل 6: تغییر pH در امتداد سطوح الکترود در زمان های مختلف برای اندازه خراش 1500 میکرومتر و pH 6.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
توزیع جریان سوم، رابط Nernst-Planck برای مدلسازی پتانسیل الکترولیت و انتقال گونه‌ها استفاده می‌شود. گره الکترود متخلخل بسیار رسانا برای تسهیل راه اندازی واکنش های الکتروشیمیایی و اصطلاحات منبع/سینک گونه های مربوطه استفاده می شود. کسر حجمی الکترولیت εl روی 1 تنظیم می شود تا مشخص شود که کل دامنه فقط حاوی محلول الکترولیت است .
سرعت واکنش های شیمیایی برای پنج واکنش همگن در نظر گرفته شده در مدل با استفاده از رابط شیمی تنظیم شده است .
منابع
1. FJ Presuel-Moreno، H. Wang، MA Jakab، RG Kelly، و JR Scully، “مدلسازی محاسباتی آزادسازی بازدارنده خوردگی فعال از پوشش فلزی حفاظت از پوشش فلزی am Al-Co-Ce AA2024-T3 در معرض،” J. Electrochem . Soc. ، جلد 153، شماره 11، صفحات B486–B498، 2006.
2. CV Moraes، RJ Santucci Jr.، JR Scully، و RG Kelly، “مدل سازی المان محدود مکانیسم های حفاظت شیمیایی و الکتروشیمیایی ارائه شده توسط پوشش های آلی مبتنی بر منیزیم به AA2024-T351،” J. Electrochem . Soc. ، جلد 168، شماره 051505، 2021.
مسیر کتابخانه برنامه: Corrosion_Module/Atmospheric_Corosion/corrosion_inhibitor_transport
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  1D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Chemistry (شیمی) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Tertiary Current Distribution، Nernst-Planck>Tertiary، Electroneutrality (tcd) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در قسمت متنی Number of species ، 11 را تایپ کنید . |
7 | در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
cNa |
cCl |
cH |
coH |
cal |
cAlOH |
cAlOH2 |
cAlOH3 |
cAlOH4 |
cC |
cCo |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > توزیع جریان سوم، Nernst-Planck> وابسته به زمان با مقداردهی اولیه را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
پارامترهای مدل را از یک فایل متنی بارگیری 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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل corrosion_inhibitor_transport_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه ای متشکل از دو بخش خطی مجاور که به ترتیب نمایانگر پوشش و خراش است را رسم کنید.
فاصله 1 (i1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مختصات (M) |
0 |
1 [cm] – S |
1[cm] |
4 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
متغیرها را از یک فایل متنی بارگیری کنید و با بارگذاری داده ها از فایل های متنی، توابع درون یابی را برای چگالی جریان غیرفعال و پتانسیل تعادل به عنوان توابع pH برای پوشش Al-Co-Ce و AA2024 ایجاد کنید.
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل corrosion_inhibitor_transport_variables.txt دوبار کلیک کنید . |
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل corrosion_inhibitor_transport_ipass_AlCoCe_pH.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
7 | در قسمت متن نام تابع ، ipass_AlCoCe را تایپ کنید . |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
ipass_AlCoCe | A/m^2 |
9 | در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | 1 |
درون یابی 2 (int2)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل corrosion_inhibitor_transport_ipass_AA2024_pH.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
7 | در قسمت متن نام تابع ، ipass_AA2024 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
ipass_AA2024 | A/m^2 |
9 | در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | 1 |
درون یابی 3 (int3)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل corrosion_inhibitor_transport_Eeq_AlCoCe_pH.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
7 | در قسمت متن نام تابع ، Eeq_AlCoCe را تایپ کنید . |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
Eeq_AlCoCe | V |
9 | در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | 1 |
شیمی (شیمی)
راه اندازی فیزیک را با مشخص کردن واکنش های همگن با استفاده از رابط شیمی شروع کنید.
واکنش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Chemistry (chem) راست کلیک کرده و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، H2O<=>H+OH را تایپ کنید . |
4 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Specify Equilibrium Constant را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن k f ، kfH2O را تایپ کنید . |
6 | قسمت تنظیمات تعادل را پیدا کنید . از لیست ثابت تعادل ، User defined را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متنی K eq0 ، Kw را تایپ کنید . |
واکنش 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، Al+H2O<=>AlOH+H را تایپ کنید . |
4 | روی Apply کلیک کنید . |
5 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . در قسمت متن kf ، kfAlOH را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن k r ، krAlOH را تایپ کنید . |
واکنش 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، AlOH+H2O<=>AlOH2+H را تایپ کنید . |
4 | روی Apply کلیک کنید . |
5 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . در قسمت متن k f ، kfAlOH2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن k r ، krAlOH2 را تایپ کنید . |
واکنش 4
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، AlOH2+H2O<=>AlOH3+H را تایپ کنید . |
4 | روی Apply کلیک کنید . |
5 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . در قسمت متن kf ، kfAlOH3 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن k r ، krAlOH3 را تایپ کنید . |
واکنش 5
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، AlOH3+H2O<=>AlOH4+H را تایپ کنید . |
4 | روی Apply کلیک کنید . |
5 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . در قسمت متن kf ، kfAlOH4 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن k r ، krAlOH4 را تایپ کنید . |
توزیع جریان سوم، NERNST-PLANCK (TCD)
اکنون فیزیک را برای توزیع جریان سوم تنظیم کنید.
هزینه گونه 1
ابتدا شماره شارژ را در گره Species Properties تنظیم کنید .
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Tertiary Current Distribution، Nernst-Planck (tcd) روی Species Charges 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Species Charges ، بخش Charge را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن z cNa ، zNa را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z cCl ، zCl را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z cH ، zH را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z coOH ، zOH را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن z cAl ، zAl را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z cAlOH ، zAlOH را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن z cAlOH2 ، zAlOH2 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت متن z cAlOH3 ، zAlOH3 را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متن z cAlOH4 ، zAlOH4 را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متن z cCe ، zCe را تایپ کنید . |
13 | در قسمت متن z cCo ، zCo را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
سپس مقادیر اولیه را تنظیم کنید.
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 cCl ، c0Cl را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن cH ، c0H را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی cOH ، c0OH را تایپ کنید . |
6 | در قسمت فیل متن، -Eeq_AA2024 را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل بسیار رسانا 1
سپس با استفاده از گره الکترود متخلخل بسیار رسانا، سینتیک بار، انتقال جرم و الکترود را در سطح پوشش Al-Co-Ce تنظیم کنید .
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و الکترود متخلخل بسیار رسانا را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای الکترود متخلخل بسیار رسانا ، بخش انتشار را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی D cNa ، DNa را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی D cCl ، DCl را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی D cH ، DH را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی D coOH ، DOH را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متنی D cAl ، DAl را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متنی D cAlOH ، DAlOH را تایپ کنید . |
10 | در قسمت متنی D cAlOH2 ، DAlOH2 را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متنی D cAlOH3 ، DAlOH3 را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متنی D cAlOH4 ، DAlOH4 را تایپ کنید . |
13 | در قسمت متن D cCe ، DCe را تایپ کنید . |
14 | در قسمت متنی D cCo ، DCo را تایپ کنید . |
15 | قسمت Porous Matrix Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ε l ، 1 را تایپ کنید . |
واکنش الکترود متخلخل – انحلال فلز
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Tertiary Current Distribution، Nernst-Planck (tcd)>Highly Conductive Porous Electrode 1 روی واکنش الکترود متخلخل 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، واکنش الکترود متخلخل – انحلال فلز را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت ضرایب استوکیومتری را پیدا کنید . در قسمت متن n ، nAlCoCe را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ν cAl ، nuAl را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ν cCe ، nuCe را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ν cCo ، nuCo را تایپ کنید . |
7 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . از لیست i loc,expr ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، ipass_AlCoCe(pH) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، 1/d_film را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل بسیار رسانا 1
در پنجره Model Builder ، روی Electrode Highly Conductive Porous 1 کلیک کنید .
واکنش الکترود متخلخل – کاهش اکسیژن
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Porous Electrode Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، واکنش الکترود متخلخل – کاهش اکسیژن را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت ضرایب استوکیومتری را پیدا کنید . در قسمت متن n ، 4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ν coOH ، 4 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Equilibrium Potential را پیدا کنید . از لیست Eq ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Eeq_AlCoCe(pH) را تایپ کنید . |
6 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . از لیست نوع عبارت Kinetics ، معادله کاتدی تافل را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن i 0 ، i0_AlCoCe را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن A c ، A_orr_AlCoCe را تایپ کنید . |
9 | تیک گزینه Limiting current density را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت متن i lim ، idl_AlCoCe را تایپ کنید . |
11 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، 1/d_film را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل بسیار رسانا 1
سپس سینتیک شارژ، انتقال جرم و الکترود را در سطح آلومینیوم با استفاده از عملکرد تکراری تنظیم کنید.
الکترود متخلخل بسیار رسانا 2
1 | روی Electrode Highly Conductive Porous 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
واکنش الکترود متخلخل – انحلال فلز
1 | در پنجره Model Builder ، گره Highly Conductive Porous Electrode 2 را گسترش دهید ، سپس روی Porous Electrode Reaction – Metal dissolution کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، بخش ضرایب استوکیومتری را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن n ، 3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ν cAl ، -1 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ν cCe ، 0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ν cCo ، 0 را تایپ کنید . |
7 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . در قسمت متن i loc,expr ، ipass_AA2024(pH) را تایپ کنید . |
واکنش الکترود متخلخل – کاهش اکسیژن
1 | در پنجره Model Builder ، روی واکنش الکترود متخلخل – کاهش اکسیژن کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، بخش پتانسیل تعادل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Eq ، Eeq_AA2024 را تایپ کنید . |
4 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . در قسمت متنی i 0 ، i0_AA2024 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن A c ، A_orr_AA2024 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن i lim ، idl_AA2024 را تایپ کنید . |
واکنش ها 1
سپس نرخ واکنش را برای همه گونه ها با استفاده از گره Reactions که در رابط شیمی ارزیابی می شوند، تنظیم کنید.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reactions را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو دامنه انتخاب شوند. |
3 | در پنجره تنظیمات برای واکنش‌ها ، بخش نرخ‌های واکنش را پیدا کنید . |
4 | از لیست R cH ، نرخ واکنش را برای گونه H (شیمی) انتخاب کنید . |
5 | از لیست R coOH ، نرخ واکنش برای گونه های OH (شیمی) را انتخاب کنید . |
6 | از لیست R cAl ، نرخ واکنش را برای گونه Al (chem) انتخاب کنید . |
7 | از لیست R cAlOH ، نرخ واکنش برای گونه های AlOH (شیمی) را انتخاب کنید . |
8 | از لیست R cAlOH2 ، نرخ واکنش برای گونه های AlOH2 (شیمی) را انتخاب کنید . |
9 | از لیست R cAlOH3 ، نرخ واکنش برای گونه های AlOH3 (شیمی) را انتخاب کنید . |
10 | از لیست R cAlOH4 ، نرخ واکنش برای گونه های AlOH4 (شیمی) را انتخاب کنید . |
مش 1
برای این مشکل از یک مش ریزتر در نقطه تقاطع بین دو سطح الکترود استفاده کنید.
لبه 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Edge کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Edge ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو دامنه انتخاب شوند. |
توزیع 1
1 | روی Edge 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of elements ، 1000 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 10 را تایپ کنید . |
6 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
توزیع 2
1 | روی توزیع 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of element ، عدد 300 را تایپ کنید . |
5 | تیک Reverse direction را پاک کنید . |
6 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
برای مطالعه اثر اندازه خراش و pH اولیه، یک Sweep پارامتریک اضافه کنید.
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
S (اندازه خراش) | 1500[one]/2 1500[one] | متر |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
pH0 (PH عمده اولیه) | 2 6 |
7 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
مرحله 1: راه اندازی توزیع فعلی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 1: Current Distribution Initialization کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای راه‌اندازی توزیع فعلی ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع فعلی ، ثانویه را انتخاب کنید . |
مرحله 2: وابسته به زمان
مدل اکنون پس از تنظیم زمان های خروجی برای مرحله مطالعه وابسته به زمان آماده حل است.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد زمان ، h را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0،1،10) را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
نمودارها را از بخش نتایج و بحث به روش زیر بازتولید کنید:
غلظت، Ce (tcd)
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر Results روی Concentration، Ce (tcd) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب پارامتر (S) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (S (m)) ، 7.5E-4 را انتخاب کنید . |
5 | از لیست انتخاب پارامتر (pH0) ، از لیست را انتخاب کنید . |
6 | در لیست مقادیر پارامتر (pH0) ، 2 را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . |
8 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Concentration، Ce (mol/m<sup>3</sup>) را تایپ کنید . |
9 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Concentration, Ce (tcd) را گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . |
3 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، چرخه را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
5 | از لیست Legends ، ارزیابی شده را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Legend ، t=eval(t,h) h را تایپ کنید . |
غلظت، Ce (tcd)
در پنجره Model Builder ، روی Concentration، Ce (tcd) کلیک کنید .
نمودار خط 2
1 | در نوار ابزار Concentration, Ce (tcd) ، روی  Line Graph کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، First را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
6 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، cCeCrit را تایپ کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، Dash-dot را انتخاب کنید . |
8 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
9 | از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
11 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
c<sub>بحرانی</sub> |
13 | در نوار ابزار Concentration, Ce (tcd) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 2 باشد .
غلظت، Ce (tcd)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration، Ce (tcd) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | در لیست مقادیر پارامتر (pH0) ، 6 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Concentration, Ce (tcd) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 3 باشد .
5 | در لیست مقادیر پارامتر (pH0) ، 2 را انتخاب کنید . |
6 | در لیست مقادیر پارامتر (S (m)) ، 0.0015 را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار Concentration, Ce (tcd) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 4 باشد .
8 | در لیست مقادیر پارامتر (pH0) ، 6 را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Concentration, Ce (tcd) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 5 باشد .
pH
مشخصات pH را برای pH اولیه نماینده 6 رسم کنید.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، pH را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (S) ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست مقادیر پارامتر (S (m)) ، 0.0015 را انتخاب کنید . |
6 | از لیست انتخاب پارامتر (pH0) ، از لیست را انتخاب کنید . |
7 | در لیست مقادیر پارامتر (pH0) ، 6 را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
9 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، x-coordinate (m) را تایپ کنید . |
10 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در نوار ابزار pH ، روی  Line Graph کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، pH را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، چرخه را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
7 | از لیست Legends ، ارزیابی شده را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن Legend ، t=eval(t,h) h را تایپ کنید . |
9 | در نوار ابزار pH ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 6 باشد .
