腐蚀模块

电偶腐蚀

COMSOL Multiphysics^® 及其附加的“腐蚀模块”内置了多种电化学与腐蚀建模接口，其基础功能由一次、二次和三次电流分布接口构成。这些接口支持模拟电流分布、基于极化曲线的表面动力学，以及结合体相平衡反应的质量传递效应。

上述接口分别对应不同层级的建模精度，用户可以根据实际需求，选择合适的接口对目标系统进行足够准确的描述——无论是仅考虑欧姆效应的简化分析，还是构建包含多种物质的质量传递和平衡反应的复杂模型，均可灵活实现。COMSOL Multiphysics^® 支持根据实际物理系统的需求，无缝添加任意数量的物质和反应，从而实现对复杂腐蚀体系的全面描述。

大气腐蚀

在大气腐蚀建模过程中，金属表面的电解质层厚度通常远小于结构尺寸。针对这一特点，一种高效的处理方法是假设电流密度在电解质薄层内均匀分布。基于这一假设，无需使用体网格对极薄的电解质层进行离散化，即可估算表面电流分布。此功能可通过电流分布，壳 接口实现，计算量显著低于全三维离散化，从而可以提高仿真效率。

含水电解质传输

针对含有弱酸、弱碱、两性电解质及复合物质的稀水溶液电解质，含水电解质传输 接口提供了一种高效的建模方法，特别适用于机理腐蚀建模、生物系统电化学以及电化学传感器等应用场景。该接口基于能斯特–普朗克方程，综合考虑扩散、迁移和对流过程，并结合电中性条件与水的自电离，计算电势分布和物质浓度。通过采用平衡反应处理弱电解质与复合物质，可有效减少因变量的数量，从而简化建模流程并提高计算效率。

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。

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”提供一个专用接口，用于对阴极保护系统进行建模。用户既可以定义表达式，也可以从预定义的边界条件（如 Butler–Volmer 或 Tafel 方程）或表示表面动力学的实验极化曲线中进行选择。模块内置的定制化功能采用符合腐蚀与材料工程领域习惯的术语，便于高效模拟牺牲阳极和外加电流系统。

通过对阴极和阳极表面溶解与沉积物质的描述，模型不仅能够考虑钙质沉积层的形成及其随时间演化对极化特性的影响，还可以计算特定位置的腐蚀速率，并将这些信息与输运方程相结合，用于描述封闭腔体和多孔材料等场景中的质量传递限制。

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。

管内腐蚀防护

由于管道长度与半径之间存在显著的尺度差异，对其内部实施阴极保护建模具有一定的挑战性。一种简便的解决方案是忽略径向电位梯度，仅求解沿管道方向的电位分布，将三维体问题简化为一维线问题，在保证计算精度的同时大幅降低计算负荷，提升仿真效率。

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）。

仿真 App

借助 App 开发器，用户可基于任意现有模型创建仿真 App。仿真工程师可以限定这些 App 的输入和输出，开发适用于以下多种场景的定制化且直观的用户界面，并将其分享给客户和同事：

• 自动化处理复杂且重复的任务
• 创建与更新报告
• 以用户友好的界面向最终用户呈现关键模型信息

通过聚焦关键输入参数和计算结果，仿真 App 有助于研发人员更高效地与项目相关方进行沟通，提升整体研发效率和企业竞争力。