腐蚀模块

电偶腐蚀建模

COMSOL Multiphysics^® 及其附加的“腐蚀模块”为电化学和腐蚀建模提供了便捷且用户友好的界面，其中包含一次、二次和三次电流分布接口，能够模拟电流分布、具有极化曲线的表面动力学，以及具有本体平衡反应的质量传递效应。

每个用户界面都提供了不同级别的保真度，使用户能够根据需要选择合适的级别来对所需的系统进行足够准确的描述，无论该系统仅涉及欧姆效应还是更复杂的模型（例如包含多种物质的质量传递和平衡反应），我们都能满足您的需求。COMSOL Multiphysics^® 使您能够基于给定的物理系统，根据需要无缝添加任意数量的物质和反应。

大气腐蚀建模

在进行大气腐蚀建模时，金属表面的电解质层相对于结构尺寸来说往往非常薄。为了有效处理这种情况，我们采用了一种假设，即电流密度在电解质薄层上呈均匀分布。基于这一假设，您可以计算表面的电流分布，而不必使用体网格对极薄的电解质层进行离散化。此功能在电流分布，壳 接口中提供，相较于全三维离散化方法，前者可以显著减少计算量。

管内腐蚀保护建模

在进行管道内部的阴极保护建模时，由于管的长度和半径之间存在显著的长宽比，这给建模带来了一定的挑战。为了克服这一问题，我们提供了一种简单而有效的解决方案：忽略径向电位梯度，只求解沿管道方向的电位。通过将复杂的体积问题简化为线问题，我们能够在不牺牲精度的情况下明显降低计算负荷。

材料库

“腐蚀模块”提供了一个丰富的内置材料库，其中包含 270 多个条目，涵盖了各种金属和合金在不同电解质条件下的平衡电位和极化数据（局部电流密度 vs. 电极电位）。

扩展的多物理场分析

COMSOL Multiphysics^® 提供了在不同的物理场接口之间创建任意耦合的功能。举例来说，您可以将结构力学接口与腐蚀接口相耦合，以模拟应力腐蚀开裂（SCC）行为。此外，还可以通过多物理场耦合将传热效应纳入对温度高度敏感的腐蚀和腐蚀保护过程模型中。同样，湍流和多相流也可以与化学物质传递和腐蚀保护进行耦合建模，以实现更加全面的分析。

阴极保护

“腐蚀模块”提供了一个专门用于模拟阴极保护系统的接口。用户可以定义自己的表达式，或在预定义的边界条件之间进行选择，这些边界条件包括 Butler-Volmer 或 Tafel 方程，或者表示表面动力学的实验极化曲线等。我们提供使用常用术语的定制特征，旨在帮助腐蚀和材料工程师高效地建立牺牲阳极和外加电流系统的模型。

通过描述阴极和阳极上的溶解和沉积物质，模型可以轻松地展示钙质沉积物以及它们如何随时间来改变极化。此外，您还可以计算特定位置的腐蚀速率。这些信息可以与输运方程进行耦合，以描述封闭腔和多孔材料等物体中的质量传递限制。

腐蚀和沉积引起的几何变形

“腐蚀模块”提供了预定义的多物理场接口，用于对电化学电池中的沉积或溶解过程引起的变形进行瞬态建模。这种类型的建模可以通过使用变形几何来完成，其中边界的速度由电化学反应确定。

此外，我们还提供水平集 和相场 接口，用于对腐蚀进行建模，其中腐蚀电极表面的拓扑结构因腐蚀过程而发生改变，例如，牺牲阳极系统中可能会发生这种情况。

计算方法：
有限元法（FEM）& 边界元法（BEM）

在求解真实三维几何的物理方程时，数值方法需要将模型几何离散化为多个元素。除了使用有限元法以外，“腐蚀模块”还采用了边界元法。例如，电流分布，边界元 接口中的专用梁单元可用于模拟细长结构中的腐蚀情况。“腐蚀模块”中的 BEM 建模为求解阴极保护问题提供了一种经过充分验证的 FEM 替代方法。不仅如此，还简化了细长结构和超大电解质域（如海洋）的建模过程。

仿真 App

借助“App 开发器”，您可以基于任何现有的模型创建仿真 App。仿真工程师可以限制这些 App 的可用输入和输出，提供直观的定制用户界面，并与客户和同事共享这些 App，以实现各种不同的目的，包括：

• 自动执行困难且重复的任务
• 创建和更新报告
• 在用户友好的界面中向终端用户提供关键模型信息

通过关注重要的输入参数和计算结果，仿真 App 使研发专业人员能够更有效地与项目利益相关者进行沟通，从而助力创造竞争优势。

“案例库”中的阴极保护设计器 App 示例演示了如何使用仿真 App 进行阴极保护设计。