电势模拟｜01 电势模型

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了Fluent中的电势模型，该模型可用于模拟涉及电势场分布的问题，如电镀、腐蚀和流体电池等。电势模型通过求解电势方程来处理直流问题，并可与电化学反应模型结合模拟电化学反应过程。文章还讨论了电势方程的求解过程，包括电势和电流边界条件的指定，以及焦耳热的计算和添加。在Fluent中建立电势模型的一般步骤也进行了说明，包括激活电势方程选项、设置材料电导率和边界条件等。

本文介绍Fluent中的电势模型。

Fluent可以通过求解电势方程来模拟一些涉及到电势场分布的问题，如电镀、腐蚀、流体电池等。典型应用如经典除尘器，其需要模拟带点颗粒在电场中所受的静电力。通过将电势模型与电化学反应模型一起使用，可以模拟电化学反应过程。在锂离子电池模型中也需要使用电势模型。

1 电势方程

当电势求解器被激活时，Fluent求解下面的电势方程：

式中，为电势；为固体区域的电导率或液体区域的离子电导率；为源项。

注意，方程中没有瞬态项。当前的电势模型只能处理直流问题，无法处理交流问题。若要求解交流，可使用MHD模型。

要求解方程，需要在所有的外部边界上指定电势或电流。

2 能量源项

当电流通过介质时会在介质内部产生焦耳热。焦耳热可通过下式进行计算：

当壁面定义有接触电阻时，有额外的焦耳热源项附加到临近的网格单元：

式中，为通过壁面的电流通量，A/m2；R为接触电阻，Ohm.m2；为壁面面积；为网格体积。

当求解电势方式时，可将焦耳热添加到能量方程上。

3 Fluent设置

下面是在Fluent中建立电势模型的一般步骤。

• 打开Potential/Li-ion Battery对话框，激活选项Potential Equation

                                                                       ▲ 电势模型对话框

注意：当激活了Potential Equation模型后，需要在Create/Edit Materials对话框中设置材料介质的电导率。

• 若要在能量方程中包含焦耳热，可以在对话框中激活选项Include Joule Heating in Energy Equation

注意：Include Joule Heating in Energy Equation选项只在激活了能量方程之后才会显示出来。

• 打开材料属性编辑对话框，指定材料介质参数Electric Conductivity
• 指定外壁面边界条件
• Contact Resistance：接触电阻，理论模型中的R
• 可以指定Potential Boundary Condition为Current Density或Potential，可以用于指定电流密度或电压值

                                                                           ▲ 边界条件设置

对于双侧内部面，通常对壁面与壁面影子面采用coupled边界处理。此外，也可以设置内部壁面的接触电阻，在内部壁面上设置的接触电阻会自动复 制到另外的影子面上。

• 如果想要指定一个固定的电势值或在计算区域中指定电势源，可以指定单元区域为Fixed Values或Source Terms