电动势模型参考

电动势模型可用于对导电材料中的电流建模。

此模型可根据 Eqn. (4350) 来计算电势。根据电势,Simcenter STAR-CCM+ 可计算电场 Eqn. (4305) 以及电流密度 Eqn. (4301)。此模型可以与磁矢势模型耦合,其中包括 Eqn. (4350) 中的磁矢势项。

模型名称 电动势
理论 请参见控制方程的电势公式和浓溶液。
提供方式 [物理连续体] > 模型 > 电磁
节点路径示例 连续体 > Physics 1 > 模型 > 电动势
要求
物理模型:
  • 空间:三维、二维和轴对称之一
  • 时间:稳态和隐式非稳态之一
  • 材料:气体、液体、固体、多组分气体、多组分液体、多部件固体、多相之一
  • 可选模型:电磁
激活 材料属性 导电率。请参见材料属性。
初始条件 电势。请参见初始条件。
边界输入
  • 电阻选项
  • 校正因子
  • 电势指定
  • 电动势源选项

请参见边界设置。

区域输入
  • 导电率约束选项(对于流体和多孔区域)
  • 有效的多孔导电率选项(对于多孔区域)
  • 电动势源选项
  • 转移电流密度源选项

请参见区域设置。

交界面输入
  • 电阻选项
  • 校正因子
  • 接触电势指定
  • 电流源选项
  • 绝缘选项

请参见交界面设置。

求解器 电势。请参见电势求解器参考。
监视器 电势
场函数 请参见场函数。

材料属性

导电率
指定导电率 σ (请参见导电率:广义欧姆定律)。
定义导电率的可用方法取决于在物理连续体中激活的物理模型。
对于热传递分析,Simcenter STAR-CCM+ 提供了将 定义为温度函数的特定方法。σ
方法对应的物理值节点
常数、场函数
适用于流体和固体。
导电率 > 常数、场函数
将 指定为标量分布。 σ
各向异性、正交各向异性和横向各向同性
适用于非各向同性材料(仅限固体)。
导电率 > 各向异性、正交各向异性和横向各向同性
将 指定为二阶张量。 σ
有关如何定义二阶张量的信息,请参见张量。
[区域] > 物理值 > 导电率方向
指定导电率张量定义的局部方向。有关更多信息,请参见方向管理器和局部方向。
质量加权混合
适用于多组分气体。通过对每个气体组分的导电率进行质量加权,可计算 。σ请参见使用质量加权混合。
无
多项式 (T)
在物理连续体中激活能量模型时,适用于流体和固体。
此方法可以为导电率生成非正值。
导电率 > 多项式 (T)
对于热传递分析,将 指定为温度的多项式函数。σ请参见使用多项式 (T)。
电阻率多项式 (T)
在物理连续体中激活能量模型时,适用于流体和固体。
将此方法用于电阻率 ρ (请参见 Eqn. (4302))与温度存在多项式相依性的材料。
此方法可以为电阻率生成非正值。
导电率 > 导电率多项式 (T)
将 ρ 指定为温度的多项式函数。
表 (T)
在物理连续体中激活能量模型时,适用于流体和固体。
此方法不会外推到表中所定义的边界之外。如果表包含导电率的非正值,则会显示一条警告消息,并且模拟直到所有非正传导率均修复后才继续。
导电率 > 表 (T)
通过提供 值的表(Simcenter STAR-CCM+ 根据该表确定 的分布),可用于将 定义为温度的函数。σ,Tσ(T)σ请参见使用表 (T)。
表中的温度范围必须与在物理连续体的参考值节点下指定的最小允许温度/最大允许温度设置一致。此要求特定于导电率。
导电率 > 电阻率插值选项
开启时,通过电阻率插值来计算材料的导电率。表格导电率值转换为电阻率值,以创建内部电阻率 vs 温度表。表格电阻率值首先插值,然后转回为导电率值。
表 (T,P)
在物理连续体中激活能量模型时,适用于可压缩气体。
导电率 > 表 (T,P)
通过提供 值的表(Simcenter STAR-CCM+ 根据该表确定 的分布),可用于将 定义为温度和压力的函数。σ,T,pσ(T,p)σ请参见使用表 (T,P)。
表格
在物理连续体中激活能量模型时,适用于流体和固体。
导电率 > 表格
通过使用表插值法,将 指定为温度的函数。σ使用此方法时,指定用于对导电率进行插值的独立变量(包括温度)。请参见使用表格数据。
表 (T,c)
激活锂离子电势或锂离子浓度模型时,适用于电解质材料数据库中的液体材料。
导电率 > 表 (T,c)
通过提供 值的表(Simcenter STAR-CCM+ 根据该表确定 的分布),可用于将电解质的导电率定义为温度和锂离子/盐浓度的函数。σ,T,cσ(T,c)
电化学组分
在激活电化学组分模型的情况下,可用于流体和多组分流体,或者在选择固态离子模型的情况下,可用于固体。
使用 Eqn. (4128) 计算导电率。
无
离子导电率
在激活充电组分效应模型的情况下,可用于流体。
使用 Eqn. (4128) 计算导电率。
无

初始条件

电势
用于将电势ϕ初始化为指定的标量分布。

边界设置

适用于所有边界类型(重叠网格和对称平面除外)。

电势指定
在域边界中,可用于指定电势、电流或电流密度。请参见边界和交界面条件。
方法 对应的物理值节点
特定电流
可用于定义边界的法向电流密度。
单位电流
将单位电流Jn设为指定的标量分布。请参见 Eqn. (4356)。

对于稳定性,可以选择使用单位电流导数选项指定 J n 相对于电势 ϕ 的导数。请参见单位电流导数选项。

电势
可用于根据 Eqn. (4352) 定义边界处的电势。
电势
将Eqn. (4352)中的电势ϕ¯定义为标量分布。
将电阻保留为默认值零时,边界处的电势只需为ϕ=ϕ¯。
电阻电势导数
为了获得稳定性,可用于通过定义 dRex/dϕ 指定 Rex 对 ϕ 的依赖性。
电流
可用于定义通过边界的总电流。
电流
将总电流IΓ设为指定的标量分布。请参见 Eqn. (4355)。

使用此选项时,可通过使用电流分布条件指定电流的空间分布。请参见电流分布。

电流密度
可用于定义边界处的电流密度。
电流密度
将J设为指定的矢量分布。请参见 Eqn. (4301)。
绝缘体
将边界处的比电流 J n (Eqn. (4356)) 设为零。
无
伏安特性
可用于定义边界处的 I-V 曲线。
伏安特性
定义流过边界的电流与边界处的电势之间的关系。在电化学应用中,通常使用 Butler Volmer 法定义此关系(请参见Butler-Volmer 电流电势特性)。或者,也可通过提供表格数据来指定 I-V 曲线。
有关详细信息,请参见定义单独边界或交界面的极化曲线和伏安特性参考。
电势
将Eqn. (4368)中的电势ϕ1定义为标量分布。
比电功率
用于定义边界的法向电功率。
比电功率
将比电功率 P 设为指定的标量分布。Simcenter STAR-CCM+ 使用 计算边界处的比电流 ,其中 为电势(电压)。 P = J n V J n V 请参见 Eqn. (4356)。
电阻选项
仅当电势指定未设为绝缘体时可用。
定义应用其他电阻源(Eqn. (4352) 中的 )的方法。 R e x
电阻选项 对应的物理值节点
理想导体
将边界处的电阻设为零。
无
比电阻率
比电阻率
用于直接为边界定义 (m2Ω)。 R e x
电阻
电阻关联
指定定义跨边界的电阻的方法:
  • 关联 - 用于定义边界的单一电阻值。 R e x 等于指定的电阻值乘以整个边界表面的面积 (Eqn. (4361))。可以在电阻关联 > 关联 > 电阻节点下定义电阻。
  • 根据表面子组 - 用于为边界中部件表面的每个子组定义电阻值。 R e x 等于指定的电阻值之和乘以相应部件表面的面积 (Eqn. (4365))。可以在电阻关联 > 根据表面子组 > [子组] > 关联 > 电阻节点下定义电阻。
当边界包含属于断开连接部件的部件表面时,根据表面子组指定电阻。请参见按子组应用物理量。
校正因子选项
设为开时,Simcenter STAR-CCM+ 在比电阻率计算中包含一个附加项,以确保边界上的比电阻率分布生成的电阻热等于表面上预期的电阻热 ( I 2 R )。使用此选项时,电流流向必须相同。
开适用于大多数情况。对于涉及再循环电流的情况,将此条件设为关。一般来说,如果观察到反常结果,则将此条件设为关
电流分布
定义边界处的电流时,此设置可指定电流空间分布。可用选项如下:
  • 均匀电势 - 计算单位电流空间分布,使沿边界的电势为常数。使用此方法时,建议将亚松弛因子设为 1.0。如果遇到收敛问题,建议在求解器 > 电势 > AMG 线性求解器节点下修改收敛容差和最大循环数。
  • 均匀单位电流 - 预先指定恒定的单位电流空间分布。
仅当电势指定边界条件的方法为电流时才可用。
单位电流导数选项
定义边界处的单位电流时,此选项可用于指定单位电流对电势的导数dJn/dϕ。通常,可通过线性化Jn与ϕ之间的关系来定义dJn/dϕ,从而提高稳定性。
方法对应的物理值节点
无
将 dJn/dϕ 设为零。
无
指定
可用于指定边界处的 dJn/dϕ。
单位电流导数
将dJn/dϕ定义为标量分布。默认情况下,此值设为零(即Jn独立于ϕ)。
仅当电势指定边界条件的方法为单位电流时才可用。
电动势源选项
用于在边界级别指定电动势源的源,覆盖为区域指定的电动势源。执行以下两项操作之后,此选项可用:
  1. 激活区域条件电动势源选项。
  2. 激活区域属性允许每个部件值。

区域设置

流体、固体和多孔区域:
以下区域设置可用于指定额外的电流源,这些电流源并非直接在模拟中建模。无需考虑未求解的物理量时,通常可将这些源项保留为默认值零。
电动势源选项
指定Eqn. (4350)中的外部源ρϵ。默认情况下,ρϵ=0。
方法对应的物理值节点
停用
设置 ρϵ=0。
无
激活
可用于定义电动势源项 ρϵ。
电动势源
将 ρϵ 设为指定的矢量分布。
转移电流密度源选项
指定Eqn. (4350)中的外部源Sϕ。默认情况下,Sϕ=0。
方法对应的物理值节点
停用
设置 Sϕ=0。
无
激活
可用于定义转移电流密度源项 Sϕ。
转移电流密度源
将 Sϕ 设为指定的标量分布。
转移电流密度源电势导数
为了获得稳定性,可用于将 dSϕ/dϕ 指定为标量分布。默认情况下,此值设为零。
流体和多孔区域:
导电率约束选项
当激活能量模型时可用,可用于指定流体区域的最小导电率。
方法对应的物理值节点
无
不设置最小导电率。
无
最小值
可用于设置流体导电率的最小值。
最小约束导电率
将最小导电率定义为标量分布。
多孔区域:
有效的多孔导电率选项
指定用于计算多孔材料有效导电率的方法。
方法对应的物理值节点
加权体积分数
根据流体和固体组分的导电率计算有效导电率(请参见 Eqn. (4303))。此方法适用于以下情况:
  • 要为有效导电率使用特定值
  • 有效导电率的关系不遵循 Bruggeman 关系
  • 导体为混合导体,其中固相和液相均导电。
固体导电率
将固体组分的导电率(Eqn. (4303)中的 σ s o l i d )指定为二阶张量。有关如何定义二阶张量的信息,请参见张量。
流体组分的导电率 σfluid 在流体物理连续体的材料属性中指定。
Bruggeman(固体)
根据固体组分的导电率计算有效导电率(请参见 Eqn. (4303))。
固体导电率
将σsolid(请参见Eqn. (4303))指定为二阶张量。
Bruggeman 近似指数
将 Bruggeman 近似指数 (Eqn. (4303)中的β)指定为标量分布。默认值为 1.5。
Bruggeman(流体)
根据流体组分的导电率计算有效导电率(请参见 Eqn. (4303))。
Bruggeman 近似指数
将β(请参见Eqn. (4303))指定为标量分布。
流体组分的导电率σfluid在流体物理连续体的材料属性中指定。

交界面设置

接触电势指定
可用于流体/固体和固体/固体接触交界面,用于指定交界面上的电势。
方法 关联的物理值
无
根据 Eqn. (4354) 计算交界面两侧中的电势。
无
特定电流
指定交界面两侧的单位电流 Jn0 和 Jn1。
单位电流
将单位电流|Jn0|=|Jn1|设为指定的标量分布。请参见 Eqn. (4356)。
电流
指定通过交界面的总电流
电流
将总电流IΓ设为指定的标量分布。请参见 Eqn. (4355)。
伏安特性
可用于定义交界面处的 I-V 曲线。
伏安特性
定义流过交界面的电流与电势之间的关系。在电化学应用中,通常使用 Butler Volmer 法定义此关系(请参见Butler-Volmer 电流电势特性)。或者,也可通过提供表格数据来指定 I-V 曲线。
有关详细信息,请参见定义单独边界或交界面的极化曲线和伏安特性参考。
电阻
将Eqn. (4368)中的电阻R定义为标量分布。
电阻选项
适用于流体/固体和固体/固体接触交界面。
定义应用其他电阻源(Eqn. (4352) 中的 )。 R e x 有两个选项可供选择:
电阻选项 对应的物理值节点
理想导体
将交界面处的电阻设为零。
无
比电阻率
比电阻率
用于直接为交界面定义 (m2Ω)。 R e x
电阻
电阻关联
可用于指定定义跨交界面的电阻的方法:
  • 关联 - 用于为交界面定义单个电阻值 R e x ,它等于指定的电阻值乘以整个接触面积 (Eqn. (4361))。可以在电阻关联 > 关联 > 电阻节点下定义电阻。对于此方法,关联选项设置为交界面。
  • 根据接触子组 - 用于定义交界面中每个子组的电阻值。 R e x 是指定电阻值的总和乘以相应部件表面的面积 (Eqn. (4365))。可以在电阻关联 > 根据接触子组 > [子组] > 关联 > 电阻下定义电阻。对于此方法,子组关联选项设为每个接触。
当接触交界面包含断开连接部件之间的接触时,根据接触子组指定电阻。请参见按子组应用物理量。
校正因子选项
设为开时,Simcenter STAR-CCM+ 在比电阻率计算中包含一个附加项,以确保交界面上的比电阻率分布生成的电阻热等于表面上预期的电阻热 ( I 2 R )。使用此选项时,电流流向必须相同。
开适用于大多数情况。对于涉及再循环电流的情况,将此条件设为关。一般来说,如果观察到反常结果,则将此条件设为关
Electrodynamic Phase Contact Option(电动相接触选项)

用于电气连接固体区域和流体区域的多孔固相。

同时满足以下两个条件时可用:
  • 在固体连续体中选择电动势模型
  • 在流体连续体或流体连续体的多孔固相中选择电动势模型
方法关联的物理值
无
该交界面在所有相之间不渗透。
无
物理连续体
在流体连续体中选择电动势模型时可用。将流体区域与固体区域连接。
电阻
固体区域和流体区域之间的交界面处的电阻。
[相 n]
适用于其中选择了电动势模型的每个固相。将选择的多孔固相与固体区域连接。
电阻
固体区域和多孔固相之间的交界面处的电阻。
电流源选项
适用于流体/流体交界面,可用于指定交界面处的电流。
方法关联的物理值
特定电流
指定交界面两侧的单位电流 Jn0 和 Jn1。
单位电流
将单位电流|Jn0|=|Jn1|设为指定的标量分布。请参见 Eqn. (4356)。
电流
指定通过交界面的总电流
电流
将总电流IΓ设为指定的标量分布。请参见Eqn. (4355)。
绝缘选项
用于指定电流是否流经交界面。
适用于挡板界面和多孔挡板界面,但若使用电动势模型,则多孔相之间的交界面除外。相多孔介质的挡板交界面是非导电的,其中多孔固相使用电动势模型。
方法关联的物理值
非导热
电流不穿过挡板。
无
导电
电流穿过挡板。
电阻
指定挡板电阻。
映射接触交界面

电动势模型不支持映射接触交界面。但是,如果模拟在两个交界区域中都使用另一个支持映射接触交界面的模型(例如分离固体能量),则映射接触交界面变为可用,但前提是仅在其中一个交界区域中选择而不是在两个交界区域中都选择电动势模型。有关属性,请参见映射接触交界面。

场函数

Boundary Specific Electric Current(边界单位电流)
表示单位电流 (Eqn. (4356)),带负号。
电流密度
表示Eqn. (4301)中的电流密度J。
导电率
表示各向同性材料的标量导电率σ(请参见Eqn. (4301))。
导电率张量

对于多孔区域和各向异性固体区域,Eqn. (4301)中的导电率σ为对称张量。对于多孔区域,此场函数表示有效导电率张量σeff(请参见Eqn. (4303))。

先前版本的 Simcenter STAR-CCM+ 为导电率张量的每个分量提供了一个标量场函数。恢复包含这些场函数的模拟时,系统提供了张量场函数和分量场函数。
比电阻率
表示交界面或边界上的标量比电阻率(Eqn. (4357) 中的 R e x )。