电化学反应｜02 Fluent设置

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了在Fluent中启用电化学反应模型的一般流程，包括电化学反应的定义、输入参数、步骤以及相关设置。其中，电化学反应通常发生在电解液和电极接触的壁面上，可以包含多个反应机理。在Fluent中，可以为不同的壁面指定不同的反应机理，并且每种反应机理可以包含有多个电化学反应。在启用电化学反应模型时，需要定义混合物的材料属性、电化学反应、计算区域的属性以及相关壁面边界的电化学边界条件。此外，还可以在能量方程、连续方程以及组分输运方程中包含额外的源项。在求解控制中，可以禁用Flow方程和Energy方程以提高计算稳定性。最后，在电化学反应的求解中，可以降低Faradaic Interface Current的欠松弛系数以提高计算稳定性。

本文介绍在Fluent中启用电化学反应模型的一般流程。

注：本文内容取自Fluent User Guide。

1 电化学反应

电化学反应通常发生在电解液和电极接触的壁面上。液体与固体都可以参与电化学反应，参与电化学反应的固体物质常被腐蚀或发生沉积。电化学反应速率通常根据壁面单位表面积来定义和计算，而液相体积反应则根据单位体积来计算。在Fluent中可以为不同的壁面指定不同的反应机理，并且每种反应机理可以包含有多个电化学反应。

2 电化学反应的输入参数

在你的问题中加入电化学反应的步骤如下

• Step 1：对于瞬态模拟，从General任务页中选择Transient

• Step 2：鼠标双击模型树节点Models → Species Models打开组分输运模型设置对话框，如下图所示，激活选项Species Transport，选中选项Volumetric及Electrochemical激活电化学反应模型

• Step 3：创建或复 制材料介质

  • 新建或从材料库中添加材料。在复 制组分(包括腐蚀和沉积的固体组分)时，请确保在Fluent Database Materials对话框中的Material Type中选择Fluid。在化学反应中没必要体现电子，因此可以忽略。

  • 对于新建的组分，在属性对话框中设置Charge Number。默认情况下所有组分的电荷数被设置为0，意味着该组分为中性。确保设置所有相关组分的电荷数。对于单独组分，通常不需要设定其Electrical Conductivity，然而需要设置混合物的电导率。

• Step 4：定义混合物的材料属性

  • 删除不使用的组分，并将电化学组分添加到所述的Selected Species中

  • 如果固体物质参与了电化学反应(例如腐蚀或电镀模拟)，将这些组分添加到Selected Solid Species中

• Step 5：定义电化学反应。对于每一个反应，需要进行以下设置

  • 选择Reaction Type为Electrochemical

  • 默认情况下软件选择使用Butler-Volmer方法，若想要使用Tafel方法，可以选择选项Tafel Parameters

  • 指定Butler-Volmer或Tafel参数。若选择使用Butler-Volumer，需要输入Anodic Transfer Coefficient（对应着理论公式中的）、Cathodic Transfer Coefficient（对应理论公式中的）；若选择使用Tafel Parameter，则输入Anodic Tafel Slope（对应理论公式中的）、Cathodic Tafel Slope（对应理论公式中的），Exchange Current Density（对应理论公式中的）、Equilibrium Potential（对应理论公式中的）

  • 指定每种组分的dimension power（理论公式中的）作为参数Rate Exponent

  • 在Butler-Volmer/Tafel Parameters下方，点击Specify Reference Mass Fractions... 按钮并在打开的Reference Mass Fractions对话框中，输入参考组分的质量分数（理论公式��的）

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电化学反应｜02 Fluent设置