COMSOL Corrosion Module 6.4

6.3

NOVEDADES

La versión presenta una nueva interfaz para modelar el transporte en cualquier solución de electrolito, nuevas capacidades para la estimación de parámetros y la capacidad de definir una fuente de corriente externa en los bordes.

Estimación de parámetros

El paso de estudio Parameter Estimation y los resolvedores de optimización BOBYQA, Levenberg–Marquardt e IPOPT ahora están disponibles en el módulo Corrosion Module. La estimación de parámetros se utiliza comúnmente para determinar valores de parámetros para la cinética y la termodinámica de la corrosión mediante el ajuste a datos experimentales. Esta actualización se puede ver en el modelo tutorial Estimation of Corrosion Kinetics Parameters.

La configuración para el paso de estudio Parameter Estimation y una curva de polarización con un diagrama de Evans para la reducción de oxígeno y la disolución de metales.

Transporte de electrolitos concentrados

Ahora está disponible una interfaz de transporte de electrolitos concentrados (Concentrated Electrolyte Transport) para modelar el transporte en cualquier solución de electrolitos con un número arbitrario de especies cargadas y no cargadas. Esta interfaz electroquímica se basa en la teoría de soluciones concentradas, donde las ecuaciones de transporte se definen utilizando coeficientes de difusión binarios de Maxwell-Stefan asumiendo electroneutralidad local. A diferencia de las ecuaciones de Nernst-Planck, la teoría de soluciones concentradas no supone que las especies de electrolitos se diluyan en un disolvente neutro de concentración constante. Los electrolitos típicos que se pueden modelar incluyen líquidos iónicos, sales fundidas y soluciones altamente concentradas que presentan gradientes de concentración no despreciables de las especies portadoras de carga. El nuevo modelo tutorial Molten Carbonate Transport muestra esta funcionalidad.

Nueva función de fuente de corriente externa para bordes de electrodos

La función External Current Source, ahora disponible como subfunción de la función Edge Electrode, se puede utilizar para definir una fuente de corriente en objetos metálicos largos y delgados, como rieles o tuberías. Stray Currents from a Train in a Light Railway Transit System muestra esta nueva función.

La configuración de la función External Current Source y el potencial en el suelo que rodea un sistema de tren ligero (LRT). Las flechas verticales indican las densidades de corriente en una tubería vecina. La corriente que se conduce a los rieles desde el tren se define mediante la nueva función External Current Source.

Plantillas de resultados en las interfaces de transporte de especies químicas

La creación de gráficos útiles y visualmente atractivos de sistemas reactivos puede llevar mucho tiempo, ya que a menudo hay muchos reactivos y, por lo tanto, muchos campos de concentración para representar gráficamente. Para ahorrar tiempo, hay una serie de nuevas plantillas de resultados Result Templates en las interfaces Chemical Species Transport. Entre ellas, ahora hay disponibles plantillas de matriz de gráficos que incluyen hasta cuatro concentraciones de especies simultáneamente en la ventana Graphics. Las plantillas de resultados están disponibles para todas las interfaces de transporte de especies químicas, independientemente del producto complementario, pero son especialmente útiles para las interfaces de transporte multicomponente incluidas en los módulos de ingeniería química, así como en el módulo CFD Module, Porous Media Flow Module, Subsurface Flow Module y Microfluidics Module.

Nuevos modelos tutoriales

6.2

NOVEDADES

Nuevos nodos de punto para mejorar el modelado de protección contra la corrosión

Se han añadido varias características nuevas para ampliar la capacidad de definir modelos para la protección catódica de tuberías y rieles. Está disponible una nueva función Impressed Current Point que se puede añadir a un dominio de electrolito para definir la ubicación del electrodo activo de un sistema de protección de corriente impresa. Esta característica generalmente se usa junto con la característica Connection Point existente para configurar un sistema de protección de corriente catódica impresa local.

La funcionalidad Connection Point, disponible como subnodo de una función Edge Electrode o Sacrificial Edge Anode, se ha actualizado con una casilla de verificación Define reference electrode que permite establecer un potencial de electrodo de referencia en la misma ubicación. El potencial del electrodo de referencia normalmente puede usarse mediante una función Impressed Current Point para controlar activamente el potencial del electrodo en la ubicación del punto de conexión Connection Point.

Además, hay una nueva función Sacrificial Point Anode que se puede añadir en cualquier punto de un dominio de electrolito para definir un ánodo de sacrificio, y un nuevo subnodo External Short en la función Edge Electrode ofrece opciones de conexión más flexibles entre varios puntos de un modelo. Véase estas actualizaciones en el nuevo modelo tutorial Pipeline Corrosion Protection Using Impressed Current Cathodic Protection.

El nuevo modelo tutorial Pipeline Corrosion Protection Using Impressed Current Cathodic Protection en la biblioteca de aplicaciones del módulo de corrosión presenta un sistema de protección contra la corrosión catódica impresa en tuberías con nueve ánodos activos separados.

Resistencia de contacto

Para las interfaces electroquímicas, ahora se pueden incluir resistencias de contacto externas para las condiciones de contorno Electric Ground, Electric Potential y Electrode Current. Esta funcionalidad se puede habilitar mediante la casilla de verificación Include contact resistance en la ventana Settings, y la resistencia deseada también se puede especificar en el campo de texto.

Ejemplo de resistencia de contacto habilitada en el nodo Electrode Current en el modelo tutorial 1D Isothermal Sodium-Ion Battery dentro de la biblioteca de aplicaciones del módulo Battery Design.

Nuevos modelos tutoriales

6.1

NOVEDADES

La versión 6.1 proporciona una condición de continuidad mejorada para geometrías de ensamblaje con pares de identidad, una nueva función para modelar electrodos metálicos en disolución y soporte para actividades no ideales.

Condición de continuidad mejorada en contornos del par de ensamblaje
Los pares de ensamblaje se utilizan normalmente cuando se utilizan elementos de malla que no coinciden en cada lado de un límite. La necesidad de usar pares de ensamblajes puede surgir cuando se usan, por ejemplo, mallas de barrido en geometrías 3D complejas. En la versión 6.1, la condición de contorno Continuity para las variables dependientes potenciales (tanto para las fases del electrodo como del electrolito) de los límites de los pares de conjuntos se ha mejorado significativamente en términos de precisión y estabilidad numérica en las interfaces de Current Distribution y Cathodic Protection.

Nuevo nodo de superficie de ánodo de sacrificio
Para las interfaces Cathodic Protection y Secondary Current Distribution, hay un nuevo nodo Sacrificial Anode Surface. Esta función se puede utilizar en los contornos para modelar la disolución de electrodos metálicos en aplicaciones de protección contra la corrosión, similar al Sacrificial Edge Anode disponible anteriormente.

La funcionalidad Sacrificial Anode Surface utilizada para definir contornos de anodo (de disolución) en un modelo de protección catódica en alta mar.

Coeficientes de actividad de especies no ideales
La versión 6.1 presenta la funcionalidad para modelar electrolitos no ideales utilizando la teoría de Debye-Hückel. En tales electrolitos, incluso una pequeña variación en la concentración, en el rango milimolar, puede causar cambios medibles en cantidades como el pH y el potencial de equilibrio del electrodo. La capacidad de dar cuenta de los efectos no ideales en el modelado y la simulación es, por lo tanto, una adición importante a las interfaces electroquímicas. En esta versión ahora es posible incluir estos efectos en las interfaces Terciary Current Distribution, Nernst-Planck y Transport of Diluted Species. Los coeficientes de actividad se pueden definir utilizando la actividad de especies de Debye-Hückel o expresiones definidas por el usuario.

Fórmulas químicas avanzadas
Ahora es posible utilizar fórmulas más avanzadas para especies químicas y reacciones químicas. Los signos de cierre (), [] y {} se pueden usar para indicar unidades estructurales en la fórmula molecular en un complejo de coordinación, por ejemplo. Para mejorar la legibilidad, se pueden usar nombres simplificados en la fórmula de reacción para indicar una especie completa o una parte de la estructura molecular. Cuando se realiza el balanceo de la reacción, se considera la composición y carga completas.

Nuevos modelos tutoriales

6

NOVEDADES

La versión 6.0 trae una nueva interfaz de protección catódica, una nueva formulación predefinida para adsorción-desorción en combinación con reacciones de electrodos y varios modelos tutoriales nuevos.

Nueva interfaz de protección catódica
Una nueva interfaz de Protección Catódica, basada en la distribución de corriente secundaria, permite definir superficies de corriente impresa, conexión, metal pasivo, metal protegido y metal pasivo delgado. Los ajustes como el potencial de control, el potencial de detección de superficie protegida y los campos de edición de potenciales de electrodos de referencia están disponibles para facilitar la definición del problema. También se puede introducir la corriente límite para la reducción de oxígeno en las superficies protegidas.

El potencial de superficie del electrodo de la parte superior de un monopilote.

Especies adsorbedoras-desabsorbentes
Las capacidades de modelado de la condición de contorno Electrode Surface existente se han ampliado con un conjunto de ecuaciones predefinidas que realizan un seguimiento de la ocupación del sitio de la superficie y la concentración superficial de las especies adsorbidas. La nueva sección Adsorbing-Desorbing Species permite modelar la cinética de adsorción-desorción y la termodinámica en las superficies de los electrodos en combinación con reacciones electroquímicas de varios pasos.

La variación de concentración en una geometría deformada de una vía de orificio pasante después de la deposición de cobre.

Deslizamiento poroso para la interfaz de ecuaciones de Brinkman
La capa límite en el flujo en medios porosos puede ser muy delgada y poco práctica de resolver en un modelo de ecuaciones de Brinkman. La nueva opción de tratamiento de paredes deslizantes porosas permite tener en cuenta las paredes sin resolver el perfil de flujo completo en la capa límite. En cambio, se aplica una condición de tensión en las superficies, lo que produce una precisión decente en el flujo masivo mediante la utilización de una solución asintótica del perfil de velocidad de la capa límite. La funcionalidad se activa en la ventana Ajustes de la interfaz de Ecuaciones de Brinkman y luego se utiliza para la condición de pared predeterminada. Esta nueva característica se puede utilizar en la mayoría de los modelos que involucran flujo subterráneo descrito por las ecuaciones de Brinkman y donde el dominio del modelo es grande.

La opción Porous Slip está disponible en la ventana de Ajustes de la interfaz de Ecuaciones de Brinkman

Transferencia de calor en medios porosos
La funcionalidad de transferencia de calor en medios porosos se ha renovado para que sea más fácil de usar. Una nueva área física de Medios porosos ahora está disponible en la rama de Transferencia de calor e incluye las interfaces de Transferencia de calor en medios porosos, Desequilibrio térmico local y Transferencia de calor en lecho empacado. Todas estas interfaces tienen una función similar, la diferencia es que el nodo Medio poroso predeterminado dentro de todas estas interfaces tiene una de tres opciones seleccionadas: Equilibrio térmico local, Desequilibrio térmico local o Lecho empacado. La última opción ha sido descrita anteriormente. La interfaz de Desequilibrio térmico local, que reemplazó al acoplamiento multifísico, corresponde a un modelo de dos temperaturas: una para la fase fluida y otra para la fase sólida. Las aplicaciones típicas pueden implicar un calentamiento o enfriamiento rápido de un medio poroso debido a la fuerte convección en la fase líquida y la alta conducción en la fase sólida, como en las espumas metálicas. Cuando se selecciona la interfaz Equilibrio térmico local, hay nuevas opciones de promedio disponibles para definir la conductividad térmica efectiva según la configuración del medio poroso.

Flujo no isotérmico en medios porosos
La nueva interfaz multifísica de Flujo no isotérmico, Ecuaciones de Brinkman añade automáticamente el acoplamiento entre la transferencia de calor y el flujo de fluido en medios porosos. Combina las interfaces Transferencia de calor en medios porosos y Ecuaciones de Brinkman. Puede verse esta nueva característica en el modelo tutorial Free Convection in a Porous Medium.

El ejemplo tutorial Free Convection in a Porous Medium hace uso de la nueva funcionalidad de flujo no isotérmico. Temperatura (K) en una estructura porosa sometida a gradientes de temperatura y posterior convección libre.

Gestión muy mejorada de materiales porosos
Los materiales porosos ahora se definen en la tabla Propiedades específicas de fase en el nodo Material poroso. Además, se pueden añadir subnodos para las características sólidas y fluídicas donde se pueden definir varios subnodos para cada fase. Esto permite el uso de un mismo material poroso para el flujo de fluidos, el transporte de especies químicas y la transferencia de calor sin tener que duplicar las propiedades y configuraciones del material.

Flujo de reacción no isotérmica
Ahora hay interfaces multifísicas de Flujo reactivo no isotérmico que configuran automáticamente modelos de flujo reactivo no isotérmico. El acoplamiento multifísico Reacting Flow ahora incluye la opción de acoplar las interfaces Química y Transferencia de calor. Con este acoplamiento, las contribuciones cruzadas entre el calor y las ecuaciones de especies, como la entalpía de cambio de fase o el término de difusión de entalpía, se incluyen en el modelo. La temperatura, la presión y la dependencia de la concentración de diferentes cantidades y propiedades del material también se tienen en cuenta automáticamente, lo que permite realizar el balance de calor y energía utilizando las variables predefinidas correspondientes. Esta nueva función puede verse en el modelo tutorial Dissociation in a Tubular Reactor.

Distribución de temperatura en un reactor tubular.

Nuevos modelos tutoriales

5.6

NOVEDADES

Generación automática de resolvedores iterativos

Los resolvedores Geométrico iterativo y multimalla algebraico ahora son generados automáticamente por los nodos de pasos de estudio (sin embargo, un resolvedor Directo seguirá siempre siendo utilizado por defecto). Habilitar uno de los resolvedores iterativos puede disminuir la memoria utilizada y el tiempo de cálculo en grandes simulaciones.

Linealización de dependencia de la concentración en cinética de electrodo

La nueva opción Linealizar... mejora la cinética para órdenes de reacción no unitarias al evitar problemas al evaluar potencias de números negativos. Esta función está disponible en los nodos Reacción en electrodo y Reacción en electrodo poroso en las interfaces de Distribución de corriente terciaria cuando se utiliza la ecuación de Nernst para el potencial de equilibrio en combinación con la Ley de acción de masas o de Múltiples pasos concentrados para la densidad de corriente de intercambio. La nueva opción Linealizar está activada de forma predeterminada al crear un nuevo modelo y es utilizada por todos los modelos tutoriales que presentan la ecuación de Nernst y la ley de acción de masas o las opciones de cinética de varios pasos concentrados.

Interfaz de usuario del nodo Reacción en electrodo para definir la cinética del electrodo.

Nueva biblioteca de materiales de corrosión

La nueva biblioteca de materiales de corrosión contiene más de 270 entradas de datos de polarización de la literatura científica. Numerosos modelos tutoriales se han actualizado para utilizarlos en la nueva biblioteca de materiales de corrosión.

Electrodo poroso de alta conductividad

El nuevo nodo de dominio Electrodo poroso de alta conductividad está disponible en la mayoría de las interfaces electroquímicas. Esta funcionalidad puede ser utilizada para electrodos porosos con una alta conductividad en la fase de electrodo de conducción de electrones. Reemplaza la variable espacial para el potencial de electrodo por una variable global, reduciendo asi el número de grados de libertad del problema.

El modelo tutorial Crevice Corrosion in Iron in an Acetic Acid/Sodium Acetate Solution utiliza hace uso del nuevo nodo de electrodo poroso altamente conductor .

Nueva función de medio poroso

Se encuentra disponible una nueva característica para el manejo de un medio poroso para definir las diferentes fases: sólidos, fluidos y fluidos inmóviles. En la interfaz Transferencia de calor en medios porosos, la función Medio poroso se utiliza para gestionar la estructura del material con una subfunción dedicada para cada fase: fluido , matriz porosa y, opcionalmente, fluidos inmóviles. Este nuevo flujo de trabajo proporciona mayor claridad y mejora la experiencia del usuario. También facilita los acoplamientos multifísicos en medios porosos de una forma más natural. Combinado con el transporte de humedad y el flujo de medios porosos interfaces, las mejoras en la transferencia de calor en medios porosos permiten modelar el flujo no isotérmico y el almacenamiento de calor latente en medios porosos.

Características renovadas de los medios porosos para el transporte de especies diluidas

La interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos se ha renovado para utilizar el nuevo nodo Medio poroso. Dos nuevas características de dominio, los nodos de Medio poroso y Medio poroso insaturado, están disponibles en la interfaz de Transporte de especies diluidas en medios porosos. Puede utilizarse el nuevo nodo Medio poroso para asignar propiedades de material a las múltiples fases en un medio poroso. Los nuevos nodos tienen contenedores dedicados para definir las propiedades del líquido, el gas y la matriz porosa. Puede verse esta funcionalidad en el tutorial "Ceramic Water Filter with Activated Carbon Core".

Concentración de contaminantes en una vela de filtro de agua cerámico.

Interfaz de campo de fase

La interfaz de Campo de fase se ha añadido al módulo de Electrodeposición. Esta interfaz se puede usar para modelar deformaciones de electrodos donde la topología de la superficie del electrodo cambia como resultado de la disolución/deposición del material del electrodo. Puede verse esta característica en el nuevo modelo tutorial "Copper Deposition in a Trench Using the Phase Field Method".

Configuración más sencilla para modelos de conjuntos de nivel y campo de fase

Se han reestructurado las interfaces de Conjunto de niveles y Campo de fase: ahora se agregan dos nodos de Valores iniciales de forma predeterminada y se ha eliminado la función de interfaz inicial utilizada anteriormente. En cambio, la interfaz inicial se coloca automáticamente en los límites entre los dos nodos de Valores iniciales con diferentes fases iniciales.

Ajustes para la función Valores iniciales, fluido. Tenga en cuenta que la función de interfaz inicial ya no es necesaria. La distribución inicial del conjunto de niveles o la función de campo de fase se resuelve en el paso de estudio de inicialización de fase.

Nuevo modelo tutorial

Localized Corrosion Using the Phase Field Method

Un gráfico de superficie del potencial y las corrientes del electrolito al final de la simulación. La fase beta no disuelta permanece como "islas" en la geometría, resultando en cambios de la topología.

5.5

NOVEDADES

La versión 5.5 trae una interfaz Current Distribution, Pipe, una interfaz para cálculo del potencial de equilibrio utilizando la ecuación de Nernst y cinética Butler-Volmer dependiente de la concentración dessde las ecuaciones químicas.

Interfaz Current Distribution, Pipe
Se ha añadido una nueva interfaz Current Distribution, Pipe para modelar corrosión interna de tuberías. La interfaz resuelve el potencial electrolítico interno dentro de tubos virtuales de un radio especifico a lo largo de las aristas en una geometría 3D. Debido a la formulación tangencial de la ecuación de balance de carga a lo largo de las aristas, el tiempo de cálculo y los recursos son significativamente reducidos, comparados con el modelado del problema correspondiente en una geometría completa 3D. El modelado del sistema de protección a la corrosión se facilita por la funcionalidad hecha a medida Pipe Point Sacrificial Anode. Puede verse el uso de esta nueva interfaz en el modelo Pipeline Corrosion Protection Using Resistor Controlled Cathodic Protection. La nueva interfaz puede utilizarse por ejemplo para diseñar sistemas de protección de corrosión en l . The new interface can for instance be used for designing corrosion protection systems in the industria de procesos.

Potencial de tubería en un sistema de tuberías que es protegido por ánodos sacrificiales. Las áreas rojas indican los potenciales más altos, revelando las partes menos protegidas.

Cálculo de potencial de equilibrio utilizando la ecuación de Nernst
En las funcionalidades Electrode Reaction y Porous Electrode Reaction, el potencial de equilibrio de las reacciones del electrodo pueden ser definidas utilizando la nueva opción Nernst Equation, facilitando la configuración de modelos termodinámicamente consistentes. En las interfaces físicas que resuelven concentraciones múltiples, como las interfaces Tertiary Current Distribution y Chemistry, el potencial de equilibrio automáticamente será dependiente de la concentración, basándose en la estequiometría de reacción. Todos los modelos de la librería de aplicaciones que disponen de potenciales de equilibrio Nernstiano han sido actualizados para utilizar la nueva funcionalidad.

Sección de ajustes para la interfaz Equilibrium Potential in the Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck. El potencial de equilibrio se calculará automáticamente de la estequiometría de reacción y la concentración de especies.

Cinética de Butler-Volmer dependiente de la concentración
En la funcionalidades Electrode Reaction y Porous Electrode Reaction, la densidad de corriente de intercambio de las expresiones de cinéticas Butler-Volmer y Linearized Butler-Volmer ahora pueden ser automáticamente definidas para ser dependientes de la concentración, basándose en la estequiometría de la reacción. La opción está disponible si la opción Nernst equation es utilizada para definir el potencial de equilibrio. En la interfaz Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck, las opciones Mass action law y Lumped multistep están disponibles para el tipo de densidad de corriente de intercambio. Se han actualizado todos los modelos de la Librería de Aplicaciones que disponen de potenciales de equilibrio Nernstiano, para que usen la nueva funcionalidad.

Sección de ajustes para la cinética del electrodo en la interfaz Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck. La densidad de corriente de intercambio se calculará automáticamente de la estequiometría de reacción y concentraciones de especies.

Soporte de las interfaz de química para reacciones del electrodo
La interfaz Chemistry, añadida al módulo Corrosion Module en la versión 5.5, ahora dispone de nodos Electrode Reactions y Electrode Reaction Group. La interaz Chemistry permite definir especies múltiples y reacciones de electrodo, así como reacciones químicas ordinarias. También, las propiedades de mezcla y termodinámica, como potenciales de equilibrio, pueden ser calculados automáticamente por la interfaz Chemistry. Las variables definidas por estas funcionalidades, como las densidades de corriente local y potenciales de equilibrio, pueden estar acopladas a cualquier otra interfaz física aplicable.

Dos interfacese Chemistry son usadas en este modelo para definier los potenciales de equilibrio y las cinéticas de reacciones en un electrolizador de agua de óxido sólido.

Nuevos modelos de adsorción
Las interfaces Transport of Diluted Species in Porous Media y Transport of Diluted Species in Fractures incluyen dos nuevas isotermas para predecir la adsorción de especies disueltas sobre medios porosos. Se han añadido las isotermas Brunauer–Emmett–Teller (BET) y Toth a las ya existentes Langmuir y Freundlich.