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文档简介

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。目录TOC\o"1-2"\h\z\u1. 全局定义 PAGEREFcs9032202\h1.1. 参数1 PAGEREFcs8327624\h2. Component1 PAGEREFcs3338845\h2.1. 定义 PAGEREFcs4558561\h2.2. Geometry1 PAGEREFcs7164048\h2.3. 材料 PAGEREFcs4144993\h2.4. SecondaryCurrentDistribution PAGEREFcs5074335\h2.5. Mesh1 PAGEREFcs1841656\h3. Study1 PAGEREFcs5800176\h3.1. Stationary PAGEREFcs1842802\h3.2. 求解器配置 PAGEREFcs8636582\h4. Results PAGEREFcs2590198\h4.1. DataSets PAGEREFcs6995871\h4.2. DerivedValues PAGEREFcs7732151\h4.3. Tables PAGEREFcs1268279\h4.4. 绘图组 PAGEREFcs8729606\h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.mphCOMSOL版本COMSOL5.2(snapshot)(Build:147)单位系统SI使用的模块COMSOLMultiphysicsBatteries&FuelCellsModule参数1参数名称表达式值描述K_a50[S/m]50

S/mConductivity,anolyteK_c100[S/m]100

S/mConductivity,catholyteK_m3[S/m]3

S/mConductivity,membraneT90[degC]363.15

KTemperaturei0_c1[mA/m^2]0.001

A/m²Exchangecurrentdensity,cathodeE_pol1.19[V]1.19

VCellpolarizationvoltageComponent1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定义坐标系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t1ntoGeometry1Geometry1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18Import1(imp1)设定描述值源COMSOLMultiphysics文件文件名chlor_alkali.mphbin材料Material1Material1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_cS/mElectrolyteconductivity设定DescriptionValue电解质导电率{{K_c,0,0},{0,K_c,0},{0,0,K_c}}Material2Material2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_mS/mElectrolyteconductivity设定DescriptionValue电解质导电率{{K_m,0,0},{0,K_m,0},{0,0,K_m}}Material3Material3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_aS/mElectrolyteconductivity设定DescriptionValue电解质导电率{{K_a,0,0},{0,K_a,0},{0,0,K_a}}SecondaryCurrentDistribution使用的模块COMSOLMultiphysicsBatteries&FuelCellsModuleSecondaryCurrentDistribution选择几何实体层次域选择域1–3EquationsSettingsDescriptionValue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.philxsiec.Ilx*siec.dA/m域通量x分量域1–3domflux.philysiec.Ily*siec.dA/m域通量y分量域1–3domflux.phisxsiec.Isx*siec.dA/m域通量x分量域1–3domflux.phisysiec.Isy*siec.dA/m域通量y分量域1–3siec.d1[m]m厚度域1–3siec.bndflux_phil-dflux_spatial(phil)A/m^2边界通量边界1–18siec.bndflux_phil0.5*(uflux_spatial(phil)-dflux_spatial(phil))A/m^2边界通量边界19–20siec.nIlsiec.bndflux_phil/siec.dA/m^2法向电解质电流密度边界1–20siec.nil0A/m^2向内电解液电流密度域1–3siec.nis0A/m^2向内电极电流密度域1–3siec.Qsi0A/m^3电流源域1–3siec.nxnx法矢,x分量边界1–20siec.nyny法矢,y分量边界1–20siec.nzroot.nz法矢,z分量边界1–20siec.nxmeshroot.nxmesh法矢(网格),x分量边界1–20siec.nymeshroot.nymesh法矢(网格),y分量边界1–20siec.nzmeshroot.nzmesh法矢(网格),z分量边界1–20Electrolyte1Electrolyte1选择几何实体层次域选择域1–3方程SettingsDescriptionValue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Material1Electrolyteconductivity电解质导电率Material2Electrolyteconductivity电解质导电率Material3Electrolyteconductivity变量名称表达式单位描述选择siec.sigmalxxmaterial.sigmal11S/m电解质导电率,xx分量域1–3siec.sigmalyxmaterial.sigmal21S/m电解质导电率,yx分量域1–3siec.sigmalzxmaterial.sigmal31S/m电解质导电率,zx分量域1–3siec.sigmalxymaterial.sigmal12S/m电解质导电率,xy分量域1–3siec.sigmalyymaterial.sigmal22S/m电解质导电率,yy分量域1–3siec.sigmalzymaterial.sigmal32S/m电解质导电率,zy分量域1–3siec.sigmalxzmaterial.sigmal13S/m电解质导电率,xz分量域1–3siec.sigmalyzmaterial.sigmal23S/m电解质导电率,yz分量域1–3siec.sigmalzzmaterial.sigmal33S/m电解质导电率,zz分量域1–3siec.tEx-philTxV/m切向电场,x分量边界1–20siec.tEy-philTyV/m切向电场,y分量边界1–20siec.tEz0V/m切向电场,z分量边界1–20siec.Ex-philxV/m电场,x分量域1–3siec.Ey-philyV/m电场,y分量域1–3siec.Ez0V/m电场,z分量域1–3siec.ilx-siec.sigmalxx*philx-siec.sigmalxy*philyA/m^2电解质电流密度,x分量域1–3siec.ily-siec.sigmalyx*philx-siec.sigmalyy*philyA/m^2电解质电流密度,y分量域1–3siec.ilz-siec.sigmalzx*philx-siec.sigmalzy*philyA/m^2电解质电流密度,z分量域1–3siec.Ilxsiec.ilxA/m^2电解质电流密度矢量,x分量域1–3siec.Ilysiec.ilyA/m^2电解质电流密度矢量,y分量域1–3siec.Ilzsiec.ilzA/m^2电解质电流密度矢量,z分量域1–3siec.philphilV电解质电位域1–3siec.sigmaleffxxsiec.sigmalxxS/m电解质导电率,xx分量域1–3siec.sigmaleffyxsiec.sigmalyxS/m电解质导电率,yx分量域1–3siec.sigmaleffzxsiec.sigmalzxS/m电解质导电率,zx分量域1–3siec.sigmaleffxysiec.sigmalxyS/m电解质导电率,xy分量域1–3siec.sigmaleffyysiec.sigmalyyS/m电解质导电率,yy分量域1–3siec.sigmaleffzysiec.sigmalzyS/m电解质导电率,zy分量域1–3siec.sigmaleffxzsiec.sigmalxzS/m电解质导电率,xz分量域1–3siec.sigmaleffyzsiec.sigmalyzS/m电解质导电率,yz分量域1–3siec.sigmaleffzzsiec.sigmalzzS/m电解质导电率,zz分量域1–3siec.Qli0A/m^3电流源域1–3siec.IlMagsqrt(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1–3siec.Qh-siec.Ilx*philx-siec.Ily*philyW/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philLagrange(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.d2材料框架域1–3Insulation1Insulation1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philLagrange(线性)V电解质电位材料框架没有边界phisLagrange(线性)V电势材料框架没有边界InitialValues1InitialValues1选择几何实体层次域选择域1–3SettingsDescriptionValue电解质电位E_pol电势0ElectrodeSurface1ElectrodeSurface1选择几何实体层次边界选择边界10–12,18方程SettingsDescriptionValue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.nilsiec.itotA/m^2向内电解液电流密度边界10–12,18siec.phisext00V外部电位边界10–12,18siec.itot0A/m^2总界面电流密度边界10–12,18siec.phisext0V外部电位边界10–12,18siec.phis_(siec.phisext*siec.dvolfactor*siec.d)/siec.Area_eebii1V电势全局siec.Ectsiec.phisext-philV电极电位边界10–12,18siec.Area_(siec.dvolfactor*siec.d)m^2面积全局siec.dvolfactor11差别体积因子边界10–12,18siec.itotavg_(siec.itot*siec.dvolfactor*siec.d)/siec.Area_eebii1A/m^2平均总界面电流密度全局siec.Tempmodel.input.minput_temperatureK温度边界10–12,18siec.rho8960kg/m^3密度边界10–12,18siec.M0.06355kg/mol摩尔质量边界10–12,18ElectrodeReaction1ElectrodeReaction1选择几何实体层次边界选择边界10–12,18方程SettingsDescriptionValue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.itotsiec.iloc_er1A/m^2总界面电流密度边界10–12,18siec.Eeq_er10V平衡电位边界10–12,18siec.dEeqdT_er10V/K平衡电位温度导数边界10–12,18siec.iloc_er1siec.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10–12,18siec.eebii1.er1.ilocsiec.iloc_er1A/m^2局部电流密度边界10–12,18siec.i0_er1i0_cA/m^2交换电流密度边界10–12,18siec.alphaa_er10.51阳极传递系数边界10–12,18siec.alphac_er10.51阴极传递系数边界10–12,18siec.Qirrev_er1siec.iloc_er1*siec.eta_er1W/m^2不可逆热通量边界10–12,18siec.Qrev_er1siec.iloc_er1*model.input.minput_temperature*siec.dEeqdT_er1W/m^2可逆热通量边界10–12,18siec.Qbfcsiec.Qrev_er1+siec.Qirrev_er1W/m^2电化学反应边界热源边界10–12,18siec.eta_er1siec.Ect-siec.Eeq_er1V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10–12,18ElectrolytePotential1ElectrolytePotential1选择几何实体层次边界选择边界3,8–9,17方程SettingsDescriptionValue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.philbndE_polV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-philtest(siec.philbnd-phil)Lagrange(线性)边界3,8–9,17Mesh1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18Mesh1Size(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1.3FreeTriangular1(ftri1)FreeTriangular1Size1(size1)选择几何实体层次边界选择边界3–5,8–12,14–15,17–20Size1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Study1计算信息计算时间4sCPUIntel(R)Core(TM)i5-3210MCPU@2.50GHz,2

核操作系统Windows8Stationary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求解器配置Solution1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StationaryLogStudy

1/Solution

1

(sol1)

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

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