comsol仿真结果报告.docx
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comsol仿真结果报告
氯碱薄膜电池
作者
COMSOL
报告日期
2016-5-1115:
00:
15
总结
本案例描述氯碱薄膜电池中阳极和阴极结构上的二次电流分布。
模拟了整个电池中的一个单元。
1.全局定义
1.1.参数1
2.Component1
2.1.定义
2.2.Geometry1
2.3.材料
2.4.SecondaryCurrentDistribution
2.5.Mesh1
3.Study1
3.1.Stationary
3.2.求解器配置
4.Results
4.1.DataSets
4.2.DerivedValues
4.3.Tables
4.4.绘图组
1全局定义
作者
COMSOL
日期
Oct21,20151:
04:
59PM
全局设定
名称
Chloralkali.mph
路径
D:
\ProgramFiles\COMSOL\COMSOL52\Multiphysics\applications\Electrochemistry_Module\Electrochemical_Engineering\chlor_alkali.mph
COMSOL版本
COMSOL5.2（snapshot）（Build:
147）
单位系统
SI
使用的模块
COMSOLMultiphysics
Batteries&FuelCellsModule
1.1参数1
参数
名称
表达式
值
描述
K_a
50[S/m]
50 S/m
Conductivity,anolyte
K_c
100[S/m]
100 S/m
Conductivity,catholyte
K_m
3[S/m]
3 S/m
Conductivity,membrane
T
90[degC]
363.15 K
Temperature
i0_c
1[mA/m^2]
0.001 A/m²
Exchangecurrentdensity,cathode
E_pol
1.19[V]
1.19 V
Cellpolarizationvoltage
2Component1
作者
COMSOL
日期
Oct21,20151:
04:
39PM
组件设定
单位系统
SI
几何形参阶次
automatic
2.1定义
2.1.1坐标系
BoundarySystem1
坐标系类型
边界坐标系
标记
sys1
坐标名称
第一轴
第二轴
第三轴
t1
n
to
2.2Geometry1
Geometry1
单位
长度单位
m
角度单位
deg
几何统计
描述
值
空间维度
2
域数
3
边界数
20
端点数
18
2.2.1Import1（imp1）
设定
描述
值
源
COMSOLMultiphysics文件
文件名
chlor_alkali.mphbin
2.3材料
2.3.1Material1
Material1
选择
几何实体层次
域
选择
域3
材料参数
名称
值
单位
电解质导电率
K_c
S/m
Electrolyteconductivity设定
Description
Value
电解质导电率
{{K_c,0,0},{0,K_c,0},{0,0,K_c}}
2.3.2Material2
Material2
选择
几何实体层次
域
选择
域2
材料参数
名称
值
单位
电解质导电率
K_m
S/m
Electrolyteconductivity设定
Description
Value
电解质导电率
{{K_m,0,0},{0,K_m,0},{0,0,K_m}}
2.3.3Material3
Material3
选择
几何实体层次
域
选择
域1
材料参数
名称
值
单位
电解质导电率
K_a
S/m
Electrolyteconductivity设定
Description
Value
电解质导电率
{{K_a,0,0},{0,K_a,0},{0,0,K_a}}
2.4SecondaryCurrentDistribution
使用的模块
COMSOLMultiphysics
Batteries&FuelCellsModule
SecondaryCurrentDistribution
选择
几何实体层次
域
选择
域1–3
Equations
Settings
Description
Value
电解质电位
线性
计算边界通量
开
应用平滑到边界通量
开
电势
线性
计算边界通量
开
应用平滑到边界通量
开
使用分裂复数变量时的值类型
{复数,复数}
厚度
1[m]
流线扩散
开
各向同性扩散
关
变量
名称
表达式
单位
描述
选择
domflux.philx
siec.Ilx*siec.d
A/m
域通量x分量
域1–3
domflux.phily
siec.Ily*siec.d
A/m
域通量y分量
域1–3
domflux.phisx
siec.Isx*siec.d
A/m
域通量x分量
域1–3
domflux.phisy
siec.Isy*siec.d
A/m
域通量y分量
域1–3
siec.d
1[m]
m
厚度
域1–3
siec.bndflux_phil
-dflux_spatial（phil）
A/m^2
边界通量
边界1–18
siec.bndflux_phil
0.5*（uflux_spatial（phil）-dflux_spatial（phil））
A/m^2
边界通量
边界19–20
siec.nIl
siec.bndflux_phil/siec.d
A/m^2
法向电解质电流密度
边界1–20
siec.nil
0
A/m^2
向内电解液电流密度
域1–3
siec.nis
0
A/m^2
向内电极电流密度
域1–3
siec.Qsi
0
A/m^3
电流源
域1–3
siec.nx
nx
法矢，x分量
边界1–20
siec.ny
ny
法矢，y分量
边界1–20
siec.nz
root.nz
法矢，z分量
边界1–20
siec.nxmesh
root.nxmesh
法矢（网格），x分量
边界1–20
siec.nymesh
root.nymesh
法矢（网格），y分量
边界1–20
siec.nzmesh
root.nzmesh
法矢（网格），z分量
边界1–20
2.4.1Electrolyte1
Electrolyte1
选择
几何实体层次
域
选择
域1–3
方程
Settings
Description
Value
电解质导电率
来自材料
来自材料的属性
属性
材料
属性组
电解质导电率
Material1
Electrolyteconductivity
电解质导电率
Material2
Electrolyteconductivity
电解质导电率
Material3
Electrolyteconductivity
变量
名称
表达式
单位
描述
选择
siec.sigmalxx
material.sigmal11
S/m
电解质导电率，xx分量
域1–3
siec.sigmalyx
material.sigmal21
S/m
电解质导电率，yx分量
域1–3
siec.sigmalzx
material.sigmal31
S/m
电解质导电率，zx分量
域1–3
siec.sigmalxy
material.sigmal12
S/m
电解质导电率，xy分量
域1–3
siec.sigmalyy
material.sigmal22
S/m
电解质导电率，yy分量
域1–3
siec.sigmalzy
material.sigmal32
S/m
电解质导电率，zy分量
域1–3
siec.sigmalxz
material.sigmal13
S/m
电解质导电率，xz分量
域1–3
siec.sigmalyz
material.sigmal23
S/m
电解质导电率，yz分量
域1–3
siec.sigmalzz
material.sigmal33
S/m
电解质导电率，zz分量
域1–3
siec.tEx
-philTx
V/m
切向电场，x分量
边界1–20
siec.tEy
-philTy
V/m
切向电场，y分量
边界1–20
siec.tEz
0
V/m
切向电场，z分量
边界1–20
siec.Ex
-philx
V/m
电场，x分量
域1–3
siec.Ey
-phily
V/m
电场，y分量
域1–3
siec.Ez
0
V/m
电场，z分量
域1–3
siec.ilx
-siec.sigmalxx*philx-siec.sigmalxy*phily
A/m^2
电解质电流密度，x分量
域1–3
siec.ily
-siec.sigmalyx*philx-siec.sigmalyy*phily
A/m^2
电解质电流密度，y分量
域1–3
siec.ilz
-siec.sigmalzx*philx-siec.sigmalzy*phily
A/m^2
电解质电流密度，z分量
域1–3
siec.Ilx
siec.ilx
A/m^2
电解质电流密度矢量，x分量
域1–3
siec.Ily
siec.ily
A/m^2
电解质电流密度矢量，y分量
域1–3
siec.Ilz
siec.ilz
A/m^2
电解质电流密度矢量，z分量
域1–3
siec.phil
phil
V
电解质电位
域1–3
siec.sigmaleffxx
siec.sigmalxx
S/m
电解质导电率，xx分量
域1–3
siec.sigmaleffyx
siec.sigmalyx
S/m
电解质导电率，yx分量
域1–3
siec.sigmaleffzx
siec.sigmalzx
S/m
电解质导电率，zx分量
域1–3
siec.sigmaleffxy
siec.sigmalxy
S/m
电解质导电率，xy分量
域1–3
siec.sigmaleffyy
siec.sigmalyy
S/m
电解质导电率，yy分量
域1–3
siec.sigmaleffzy
siec.sigmalzy
S/m
电解质导电率，zy分量
域1–3
siec.sigmaleffxz
siec.sigmalxz
S/m
电解质导电率，xz分量
域1–3
siec.sigmaleffyz
siec.sigmalyz
S/m
电解质导电率，yz分量
域1–3
siec.sigmaleffzz
siec.sigmalzz
S/m
电解质导电率，zz分量
域1–3
siec.Qli
0
A/m^3
电流源
域1–3
siec.IlMag
sqrt（realdot（siec.Ilx,siec.Ilx）+realdot（siec.Ily,siec.Ily）+realdot（siec.Ilz,siec.Ilz））
A/m^2
电解质电流密度大小
域1–3
siec.Qh
-siec.Ilx*philx-siec.Ily*phily
W/m^3
总功率损耗密度
域1–3
形函数
名称
形函数
单位
描述
形函数框架
选择
phil
Lagrange（线性）
V
电解质电位
材料框架
域1–3
弱表达式
弱表达式
积分阶次
积分框架
选择
（siec.Ilx*test（philx）+siec.Ily*test（phily）+siec.Qli*test（phil））*siec.d
2
材料框架
域1–3
2.4.2Insulation1
Insulation1
选择
几何实体层次
边界
选择
边界1–2,4–7,13–16
方程
形函数
名称
形函数
单位
描述
形函数框架
选择
phil
Lagrange（线性）
V
电解质电位
材料框架
没有边界
phis
Lagrange（线性）
V
电势
材料框架
没有边界
2.4.3InitialValues1
InitialValues1
选择
几何实体层次
域
选择
域1–3
Settings
Description
Value
电解质电位
E_pol
电势
0
2.4.4ElectrodeSurface1
ElectrodeSurface1
选择
几何实体层次
边界
选择
边界10–12,18
方程
Settings
Description
Value
求解表面浓度变量
开
物质
摩尔质量
0.06355
密度
8960
边界延伸补偿
开
膜阻
无膜阻
边界条件
电势
扰动大小
0
外部电位
0
约束方法
单元
变量
名称
表达式
单位
描述
选择
siec.nil
siec.itot
A/m^2
向内电解液电流密度
边界10–12,18
siec.phisext0
0
V
外部电位
边界10–12,18
siec.itot
0
A/m^2
总界面电流密度
边界10–12,18
siec.phisext
0
V
外部电位
边界10–12,18
siec.phis_eebii1
siec.eebii1.int（siec.phisext*siec.dvolfactor*siec.d）/siec.Area_eebii1
V
电势
全局
siec.Ect
siec.phisext-phil
V
电极电位
边界10–12,18
siec.Area_eebii1
siec.eebii1.int（siec.dvolfactor*siec.d）
m^2
面积
全局
siec.dvolfactor
1
1
差别体积因子
边界10–12,18
siec.itotavg_eebii1
siec.eebii1.int（siec.itot*siec.dvolfactor*siec.d）/siec.Area_eebii1
A/m^2
平均总界面电流密度
全局
siec.Temp
K
温度
边界10–12,18
siec.rho
8960
kg/m^3
密度
边界10–12,18
siec.M
0.06355
kg/mol
摩尔质量
边界10–12,18
ElectrodeReaction1
ElectrodeReaction1
选择
几何实体层次
边界
选择
边界10–12,18
方程
Settings
Description
Value
平衡电位
用户定义
平衡电位
0
平衡电位温度导数
用户定义
平衡电位温度导数
0
动力学表达式类型
Butler-Volmer
受限电流密度
关
交换电流密度
i0_c
阳极传递系数
0.5
阴极传递系数
0.5
变量
名称
表达式
单位
描述
选择
siec.itot
siec.iloc_er1
A/m^2
总界面电流密度
边界10–12,18
siec.Eeq_er1
0
V
平衡电位
边界10–12,18
siec.dEeqdT_er1
0
V/K
平衡电位温度导数
边界10–12,18
siec.iloc_er1
siec.i0_er1*（exp（siec.alphaa_er1*F_const*siec.eta_er1/（R_const*model.input.minput_temperature））-exp（-siec.alphac_er1*F_const*siec.eta_er1/（R_const*model.input.minput_temperature）））
A/m^2
局部电流密度
边界10–12,18
siec.iloc_er1
A/m^2
局部电流密度
边界10–12,18
siec.i0_er1
i0_c
A/m^2
交换电流密度
边界10–12,18
siec.alphaa_er1
0.5
1
阳极传递系数
边界10–12,18
siec.alphac_er1
0.5
1
阴极传递系数
边界10–12,18
siec.Qirrev_er1
siec.iloc_er1*siec.eta_er1
W/m^2
不可逆热通量
边界10–12,18
siec.Qrev_er1
siec.iloc_er1*model.input.minput_temperature*siec.dEeqdT_er1
W/m^2
可逆热通量
边界10–12,18
siec.Qbfc
siec.Qrev_er1+siec.Qirrev_er1
W/m^2
电化学反应边界热源
边界10–12,18
siec.eta_er1
V
过电位
边界10–12,18
弱表达式
弱表达式
积分阶次
积分框架
选择
siec.iloc_er1*siec.d*test（phil）
2
材料框架
边界10–12,18
2.4.5ElectrolytePotential1
ElectrolytePotential1
选择
几何实体层次
边界
选择
边界3,8–9,17
方程
Settings
Description
Value
边界电解质电位
E_pol
应用反应项
所有物理场（对称）
使用弱项约束
关
约束方法
单元
变量
名称
表达式
单位
描述
选择
siec.philbnd
E_pol
V
边界电解质电位
边界3,8–9,17
形函数
约束
约束力
形函数
选择
siec.philbnd-phil
test（siec.philbnd-phil）
Lagrange（线性）
边界3,8–9,17
2.5Mesh1
网格统计
描述
值
最小单元质量
0.7742
平均单元质量
0.9597
三角形单元
1822
边单元
270
顶点单元
18
Mesh1
2.5.1Size（size）
设定
描述
值
最大单元尺寸
6.7E-4
最小单元尺寸
3.0E-6
曲率因子
0.3
最大单元生长率
1.3
2.5.2FreeTriangular1（ftri1）
FreeTriangular1
Size1（size1）
选择
几何实体层次
边界
选择
边界3–5,8–12,14–15,17–20
Size1
设定
描述
值
最大单元尺寸
1.0E-4
最小单元尺寸
2.0E-7
曲率因子
0.2
预定义尺寸
极端细化
3Study1
计算信息
计算时间
4s
CPU
Intel（R）Core（TM）i5-3210MCPU@2.50GHz,2 核
操作系统
Windows8
3.1Stationary
研究设定
描述
值
包含几何非线性
关
物理场和变量选择
物理场接口
离散化
SecondaryCurrentDistribution（siec）
physics
网格选择
几何
网格
Geometry1（geom1）
mesh1
3.2求解器配置
3.2.1Solution1
编译方程:
Stationary（st1）
研究和步骤
描述
值
使用研究
Study1
使用研究步骤
Stationary
因变量1（v1）
通用
描述
值
由研究步骤定义
Stationary
电解质电位（comp1.phil）（comp1_phil）
通用
描述
值
场变量
comp1.phil
稳态求解器1（s1）
通用
描述
值
由研究步骤定义
Stationary
Log
Study 1/Solution 1 （sol1） 中 稳态求解器 1 开始于 11-五月-2016 14:
58:
44
非线性求解器
求解的自由度数：
1009（加 368 内部自由度）
对称矩阵
缩放因变量
电解质电位 （comp1.phil）:
1.2
使用了正交零空间函数
Iter SolEst ResEst Damping Stepsize #Res #Jac #Sol LinErr LinRes
1 0.013 1.6e+003 1.0000000 0.037 2 1 2 3.4e-013 4.8e-016
2 0.02 1.3e+003 0.5960365 0.037 3 2 4 1.8e-012 1.1e-015
3 0.017 5.8e+002 0.7692365
升级会员 