使用弱施加的Dirichlet边界条件对电化学系统建模
摘要：有限元建模对带电物种传输进行了分析、设计和优化了各种电化学和电动力学设备。这些系统由Poisson-Nernst-Planck方程与Navier-Stokes方程耦合，其中一个关键的感兴趣量是系统边界上的电流。由于边界层的小临界尺寸（小Debye层），精确计算电流通量是具有挑战性的，需要在边界处进行细网格分辨率。我们通过使用Dirichlet-to-Neumann转换来弱化对Poisson-Nernst-Planck方程的Dirichlet条件进行了解决。采用弱化的Dirichlet边界条件得到的结果与使用高分辨率网格的传统边界条件得到的结果相一致。此外，与传统的强制执行的Dirichlet边界条件相比，计算得到的电流通量在网格收敛速度上更快。我们在经典的3D问题上演示了这种方法，这些问题在其他方面很难准确求解。这种方法极大地减少了建模电化学系统的计算成本。
作者：Sungu Kim, Makrand A. Khanwale, Robbyn K. Anand, Baskar Ganapathysubramanian
论文ID：2010.08778
分类：Computational Engineering, Finance, and Science
分类简称：cs.CE
提交时间：2022-05-13