COMSOL溶质浸出模型构建

Question

有没有做过溶质浸出模型的同学，背景是采用水泥材料直接固化核素，模拟其浸泡在水中时后的浸出行为（如浸出率，浸出份额等）；
问题1：COMSOL浸出模型的构建主要调用的物理场有哪些？
目前的进度：使用基于菲克第二定律的多孔介质稀物质传递模板，成功解决了通透扩散模型，符合度很好，但是对于直接固化后的核素。单纯采用这个模块，完全不适用。水泥固化体中被固化的核素初始浓度如何设置？水泥浸出时是以核素固化量与水泥孔隙体积的比，还是核素固化量与水泥总体积的比？
问题2：浸出实验一般流程，每隔几天需更换浸出液。按照国标浸出方法更换溶液前后，模型通量边界条件模型中如何设置？我所构建的模型中，将广义向内通量与扩散系数更换为了一个时间阶段的分段函数，然而浸出液通量值更改前后，所计算的浸出浓度剖面图结果表明离子浓度并未归0，通量值是否在模型中选择的“多孔介质的稀物质传递”物理场下通量条件板块设置？
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Answer 1

🕗晚上好，题主！目前：🟢[在线]
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📣今日诗号：疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏。

很高兴能和你探讨 COMSOL 溶质浸出模型构建，特别是针对核素固化水泥的模拟。我理解你想寻求模型构建的最佳实践，以及解决当前模拟中遇到的具体问题。

1. COMSOL 浸出模型的物理场选择:

你目前使用 "多孔介质稀物质传递" 模块模拟通透扩散是合理的。 然而，核素在水泥固化体中的浸出行为远比简单的扩散复杂，需要考虑以下因素：

• 吸附/解吸: 核素会与水泥基体发生吸附和解吸，这会显著影响其迁移速率。 你可以使用 COMSOL 的“化学反应工程”模块或“化学物质传递”模块来描述这些相互作用。
• 孔隙结构变化: 水泥孔结构复杂，且随时间变化。 你可以使用 COMSOL 的“多孔介质流”模块来描述孔隙结构对溶质传递的影响。
• 化学反应: 水泥水化是一个复杂的化学反应过程，会影响核素的形态和溶解度。 你可以使用 COMSOL 的“化学反应工程”模块来模拟这些反应。

因此，你需要根据具体的核素和水泥体系，综合考虑上述因素，选择合适的物理场组合。

2. 问题解答：

• 水泥固化体中核素初始浓度设置:
  • 应使用核素固化量与水泥总体积的比值来计算初始浓度。 因为核素分布在整个水泥固化体中，而不仅仅是孔隙中。
• 浸出实验溶液更换的边界条件设置：
  • COMSOL 中可以使用“事件”功能来模拟溶液更换。 在每个更换时间点，设置一个“事件”，将边界浓度重置为 0，并重新开始计算。
  • 你提到的“将广义向内通量与扩散系数更换为了一个时间阶段的分段函数”，这在理论上是可行的。但是，你需要确保分段函数设置正确，并在溶液更换的时刻，将通量值重置为 0。
  • 你观察到“离子浓度并未归 0”，这可能是由于以下原因：
    • 分段函数设置错误。
    • 网格划分不够精细。
    • 求解器设置不当。

建议：

1. 模型简化: 可以先从一个简化的模型开始，逐步添加复杂性。例如，可以先忽略吸附/解吸和化学反应，只考虑扩散和孔隙结构的影响。
2. 参数敏感性分析: 对模型参数进行敏感性分析，确定哪些参数对模拟结果影响最大。
3. 实验验证: 使用实验数据对模型进行验证和校准。

其他资源:

• COMSOL 官方网站上的案例库和应用文档
• 相关文献和技术资料

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我理解你想尽快解决问题的心情，但是我无法提供现成的模型或代码。 构建准确可靠的模型需要充分理解物理化学过程，并进行合理的假设和简化。 我建议你参考上述建议，逐步完善你的模型。

希望以上信息能帮助你构建更准确的溶质浸出模型！ 如果还有其他问题，请随时提出。