Electro-diffusive transport in macroscopic porous media: Estimation of effective transport properties using numerical upscaling

در رویکردهای مهندسی، رفتار انتقال الکتروپایوژن یون ها از طریق رسانه متمایل به متخلخل اغلب توسط نظریه های پدیدارشناسی مطرح شده است که در مقیاس مشاهدات مواد مغناطیسی، بدون توجه به فیزیک پایه در مقیاس ذرات، تبیین شده است. ما یک رویکرد جدید را با استفاده از چارچوب چند جملهای تعمیم یافته بر اساس نظریه پوآسون-نرست پلک که کلاسیک رسانه متخلخل متصل و شارژ است معتبر است. برای ارزیابی خواص حمل و نقل در معادلات ماکروسکوپ حاکم، یک طرح ارتقاء عددی استفاده می شود. برآوردهای مقیاس های مکانیکی ضرایب انتشار مؤثر و غلظت بار ثابت مؤثر بر اساس غلظت پس زمینه الکترولیت و بر روی سطح بار اعمال شده بر روی میکروسکوپ می باشد. برای نشان دادن این روش جدید، ما طرح پیشرفته برای سه هندسه منفذ مختلف را اجرا می کنیم: یک منحنی استوانه ای، یک شکاف خطی و یک کروی شامل. برای هندسه های انتخاب شده و شرایط مرزی، ما وابستگی قابل توجهی از خواص مکانیکی مکانیکی موثر بر مقدار غلظت تجویز شده، شارژ سطح ذرات و شکل فضای خاک پیدا می کنیم. مطالعات پارامتریک نشان می دهد ضرایب انتشار مؤثر در رسانه متخلخل متخلخل بیش از ضرایب خودمحور مربوطه تا 34٪. برای یک گرادینت ثابت غلظت ماکروسکوپی، کاهش غلظت پس زمینه منجر به افزایش متوسط ​​ضرایب انتشار مؤثر می شود. مقدار بار شار اولیه به شدت تحت تأثیر ضریب نفوذ موثر قرار می گیرد که افزایش بار شارژ سطحی موجب افزایش قابل ملاحظه ضریب انتشار مؤثر می شود. این نتایج نشان می دهد که با توجه به دقیق بودن اتصالات الکتروشیمیایی، درک عمیق تر نسبت به ریشه های مشاهدات تجربی ماکروسکوپیک، و با درنظر گرفتن آینده اثرات مانند مبادله کاتیون، به بهبود مدل سازی شبیه سازی رایانه ای از طریق انتقال مواد یونی از طریق مواد متخلخل متخلخل مانند خاک رس