ماژول خوردگی COMSOL

مدل کردن خوردگی و حفاظت با ماژول خوردگی COMSOL

این ماژول خوردگی COMSOL برای مدل سازی خورندگی و حفاظت خورندگی مناسب است. اساس کار این ماژول بر روی توزیع پتانسیل در سلول های گالوانیک است. قابلیت های این مدل سازی در واقع شامل خورندگی گالوانیک، حفاظت کاتدی و حفاظت آندی می شود. این ماژول شامل جریان سیال، انتقال حرارت، الکتروشیمی و رابط های خورندگی است. این رابط فیزیک در واقع پتانسیل را در الکترولیت و بر اساس آن در ساختار فلزی حفاظت شده توضیح می دهد. توزیع جریان و پتانسیل می تواند انتقال جرم و حرارت را در بر گیرد. قابلیتی که می تواند مورد توجه قرار گیرد، انتقال جرم در الکترولیت است که مدل سازی خورندگی را منجر می شود. برای مثال چگالی نمک، چگالی اکسیژن و pH را می توان اشاره کرد. در ساختار های فلزی، موازنه جریان توسط قانون اهم مربوط به چگالی جریان توضیح داده می شود. انتقال الکترون در سطح ما بین فلز  الکترولیت و همچنین انتقال حرارت توسط منابع حرارتی ناشی از تلفات در فرآیند الکتروشیمی نیز در اینجا به خوبی قابل توضیح است.

خوردگی الکتروشیمیایی در همه جا است

خوردگی در جهان به طور متوسط هزینه ای بالغ بر ۱ تریلیون دلار در هر سال را طلب می کند. بیشتر خوردگی ها به دلیل فرایندهای واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد که در زیر آب و در محیط های مرطوب قرار دارند. ماژول خوردگی نرم افزار COMSOL اجازه می دهد تا مهندسین و دانشمندان به بررسی این فرایندها، درک دقیق میزان خوردگی در طول عمر یک ساختار و انجام اقدامات پیشگیرانه برای مهار خوردگی الکتروشیمیایی، به منظور محافظت از ساختار آنها بپردازند. این ماژول می تواند برای شبیه سازی خوردگی در محدوده میکروسکوپی به منظور بررسی سازه های بنیادی و در مقیاس های بزرگتر برای تعیین نحوه محافظت از ساختار های گسترده یا طولانی مدت از خوردگی استفاده شود.

درک خوردگی خود یک راه حل است

ماژول خوردگی شامل ویژگی ها، رابط ها و مدل های نمونه ای است که یک رویکرد ساده برای شبیه سازی تمام فرآیندهای خوردگی الکتروشیمیایی، مانند گالوانیک، پیت، و خوردگی شکسته را فراهم می کند. حمل و نقل مواد خورنده از طریق مدل سازی پویا تغییرات در سطح خوردگی و الکترولیت در تماس با چنین سطحی است. ماژول خوردگی شامل رابطهای استاندارد برای مدل سازی پتانسیل خوردگی و توزیع فعلی فرآیندهای خوردگی است که در آن سینتیک واکنش الکتروشیمیایی توسط Tafel، Butler-Volmer یا دیگر معادلات تعریف شده توسط کاربر توصیف می شود. واکنش های الکتروشیمیایی به طور کامل با پتانسیل های الکتریکی در الکترولیت ها و سازه های فلزی، واکنش های شیمیایی همگن و پدیده هایی منحصر به فرآیند خوردگی مانند تغییر شکل یک سطح فلز به علت خوردگی کاملا حل می شود.

بهینه سازی سیستم های محافظت در برابر خوردگی

همچنین ماژول خوردگی به شما اجازه می دهد تا سیستم های حفاظت از خوردگی موثر را طراحی کنید. این شامل شبیه سازی حفاظت کاتدیک (ICCP)، آند های قربانی و حفاظت آندیک، می باشد.

ماژول خوردگی COMSOL

ماژول خوردگی COMSOL

با استفاده از ماژول خوردگی برای بررسی مکانیسم های حفاظتی خاص در محدوده میکروسکوپ، می توانید پارامترهایی را که می توانید برای شبیه سازی ساختار بزرگتر، به عنوان مثال رشد فیلم هیدروکسید بر روی سازه های محافظت شده را استخراج کنید. شما می توانید فایل های CAD حاوی طرح های خود را در COMSOL Multiphysics وارد کنید و سپس شرح فرایند حفاظت را تنظیم کنید. پس از شناسایی مناطق در ساختار خود که حساس به خوردگی هستند، می توانید محل قرار دادن آند های قربانی مشخص کنید.

کاربرد دیگری از این ماژول این است که می توانید جریان خوردگی سازه های زیرزمینی یا سازه های زیر آب را به طور کامل برآورد کند. سپس می توانید از ماژول برای بهینه سازی موقعیت الکترود های محافظتی برای جلوگیری از این مکانیزم خوردگی استفاده کنید.

مدل سازی اثرات گسترده ای از خوردگی الکتروشیمیایی

خوردگی بر ساختار در طول زمان می تواند بطور جدی فاجعه آمیز باشد. همانطور که خوردگی مواد را از یک ساختار حذف می کند، می تواند تمامیت ساختاری آن را به خطر بیندازد.

 

در برخی موارد ممکن است بخواهید تجزیه و تحلیل ساختاری را در ترکیب با تجزیه خوردگی انجام دهید تا ببینید که کدام بخش های ساختار تحت فشار و استرس های بالا هستند. خوردگی در این قطعات ممکن است ویرانگر باشد، بنابراین می خواهید اطمینان حاصل کنید که این قطعات محافظت می شوند. برای درک اثرات خوردگی و بهینه سازی طرح حفاظت از خوردگی، می توانید ماژول خوردگی با ماژول مکانیک سازه ترکیب کنید. این به لطف قدرت گسترده Comsol Multiphysics است، که به شما اجازه می دهد به طور مستقیم دو مدل ساخته شده در یک ماژول را با هر ماژول دیگری متصل کنید.

در موارد دیگر، ممکن است نیاز به جریان متلاطم و چند مرحله ای با حمل و نقل مواد شیمیایی داشته باشد. سپس می توانید از CFD ماژول در ترکیب با واسطه های جابجایی جرم در ماژول خوردگی برای بدست آوردن دقیق توصیف جابجایی مواد استفاده کنید.

مشخصات کلی ماژول خوردگی

  • تعریف دلخواه از واکنش های الکتروشیمیایی که در آن پارامترهای سینتیکی مانند غلظت و پتانسیل خوردگی می توانند وابسته به دما باشند.
  • با استفاده از رابط های داخلی برای توصیف معادلات باتلر-والمر و تافل
  • انتقال جرم از طریق انتشار، انتقال و مهاجرت یونی در الکترولیت های رقیق شده و متمرکز (معادلات Nernst-Planck)
  • انتقال مواد شیمیایی و جریان سیال در الکترولیت های متخلخل
  • پشتیبانی از تحقیق که شامل محدود کردن تراکم جریان در سینتیک الکترود می شود.
  • ویژگی های پشتیبانی از شبیه سازی ولتاژ سیکلی، پتانسیومتری و امپدانس AC برای بررسی سینتیک واکنش خوردگی
  • حمایت از اثرات توپولوژی سطوح خوردگی بر روی سینتیک الکتروشیمیایی و پتانسیل خوردگی

حوزه های کاربرد

  • حفاظت آنودیک
  • حفاظت کاتدیک
  • ظرفیت لایه دوگانه
  • حفاظت از خوردگی (CP)
  • خوردگی موضعی
  • خوردگی گالوانیک
  • تحت تاثیر قرار دادن حفاظت کاتدیک فعلی (ICCP)
  • کاهش آسیب
  • Passivation
  • خوردگی پیت
  • پتانسیل الکتریکی زیر آب (UEP)
  • زمینه های مغناطیسی وابسته به خوردگی (CRM)
  • تجزیه و تحلیل تداخل AC / DC (HVDC)
  • مقاومت در برابر خاک
  • طراحی تخت آنود
  • حفاظت سطح

نویسنده: پوریا صادق لو