شبیه سازی خوردگی و حفاظت کاتدی با کامسول

شبیه سازی خوردگی و حفاظت کاتدی با کامسول حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر یک روش رایج برای محافظت از سازه های فلزی در برابر خوردگی گالوانیکی است. در این پست وبلاگ توضیح می دهیم که این روش چگونه کار می کند و برای کدام برنامه ها معمولاً استفاده می شود. نمونه ای از این شبیه سازی ها بر روی بدنه کشتی نشان داده شده است و نکات کلیدی برای اجرا توضیح داده شده است. در این مدل، یکی از جنبه های مهم، امضای میدان الکتریکی است که از سیستم حفاظت کاتدی شفت و پروانه روی برد حاصل می شود.

محافظت در برابر خوردگی گالوانیکی
با قرار دادن یک فلز در یک الکترولیت، همیشه خطر خوردگی گالوانیکی را خواهید داشت. این در محیط های آبی، خاک، بتن و حتی در شرایط جوی که تنها یک لایه نازک از الکترولیت تشکیل می شود به عنوان هوای مرطوب بر روی سطح متراکم می شود، رخ می دهد. هر جا که محیطی دارید که فلز را احاطه کرده و قادر به انتقال یون ها از یک محل فلز به محل دیگر باشد، دچار خوردگی خواهید شد. حتی فلزی که به ظاهر از یک نوع است، مانند چدن، فقط به دلیل ناخالصی های موجود در فلز یا فازهای مختلف خود فلز که می تواند پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوتی نسبت به سایر بخش های ساختار داشته باشد، به خودی خود خورده می شود. خوردگی گالوانیکی در صورت محافظت نشدن سازه مشکلاتی مانند خوردگی حفره ای و خوردگی شکافی را به همراه خواهد داشت. برای کاهش چنین مشکلاتی، ممکن است بخواهید ساختار را با رنگ آمیزی با پوشش پلیمری از محیط الکترولیت جدا کنید. با این حال، چنین پوشش هایی ممکن است در اثر ضربه یا نفوذ چیزی به مانع در طول زمان از بین رفته و منجر به خوردگی شود.

در بسیاری از موارد، اگر اولین مانع شما از بین برود، معمولاً مکانیسم دیگری برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی دارید. این را می توان با پلاریزه کردن ساختار به طوری که به کاتد سیستم تبدیل شود به دست آورد. سپس، واکنش های کاتدی بر مواد در معرض دید حاکم خواهد بود و تلفات مواد در اثر واکنش های آندی ناچیز خواهد بود. دو روش متداول برای انجام این کار وجود دارد:

آموزش comsol حفاظت کاتدی آند (SACP)

از یک فلز با پتانسیل تعادل الکتروشیمیایی کمتر استفاده می کند
حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر (ICCP)
از یک منبع جریان خارجی، معمولاً یکسو کننده، استفاده می کند که جریان DC ایجاد می کند که سطح فلز را به یک منطقه بالقوه کاتدی قطبی می کند.
منبع جریان به برخی از آندها متصل است که از مواد بی اثر ساخته شده اند و بنابراین مانند آندهای مصرف نمی شوند.
روش ICCP معمولاً برای خطوط لوله خشکی، در بنادر، در سازه‌های بتنی، و در کشتی‌ها و سایر سازه‌هایی که امکان استفاده از آن وجود دارد، استفاده می‌شود. همچنین یک روش محبوب برای مقاوم سازی سیستم های حفاظت در برابر خوردگی در سکوهای نفتی دریایی به دلیل خروجی جریان بالا و سهولت نصب است.

یکی از اشکالات اصلی ICCP این است که خروجی جریان ممکن است زیاد باشد و باعث قطبش بسیار منفی سطوح فلزی نزدیک شود. این می تواند کاتد را به منطقه ای که در آن تکامل هیدروژن رخ می دهد قطبی کند. برای ساختارهای خاص، هیدروژن در سطوح فلزی پخش می‌شود و خطری برای شکنندگی هیدروژن و ترک‌خوردگی ناشی از استرس هیدروژنی (HISC) در فلزات ایجاد می‌کند.

SACP ممکن است بیشتر برای سازه های فولادی استفاده شود، زیرا خطر تکامل هیدروژن کمتر برجسته است. در کشتی های بزرگ دریایی، این یک روش بسیار رایج برای حفاظت کاتدی است. آندهای مورد استفاده برای جریان تحت فشار را می توان در سطح بدنه کشتی تعبیه کرد و در نتیجه مقاومت در برابر کشش بسیار کمی را در مقایسه با آند با همان ظرفیت جریان ایجاد کرد.

مدل‌سازی حفاظت کاتدی تحت تأثیر جریان

اگر می‌خواهید تمام جزئیات فیزیک و الکتروشیمی را در چارچوب یک ساختار هندسی بزرگ به تصویر بکشید، مدل‌سازی خوردگی می‌تواند یک پروژه واقعا چالش برانگیز باشد. خوشبختانه، هنگام مدل‌سازی حفاظت کاتدی در مقیاس‌های بزرگ‌تر، مانند بدنه کشتی، خطوط لوله، یا سکوهای نفتی، می‌توانید برخی فرضیات و ساده‌سازی‌های معتبر را انجام دهید. مطالب بیشتر آموزشی در مبحث کامسول را میتوانید به صفحه آموزش کامسول مراجعه کنید.

شبیه سازی خوردگی و حفاظت کاتدی با کامسول در نرم افزار

با شروع معادلات حاکم و فرض یک الکترولیت خوب مخلوط شده، می توانید معادله را ساده کنید تا فقط تعادل جریان الکترولیت ناشی از مهاجرت بار را محاسبه کنید. این معادله حاکم را به معادله لاپلاس کاهش می دهد، جایی که رسانایی الکترولیت به عنوان پارامتر ماده وارد می شود. در تمام سطوح فلزی، شما می توانید هر دو واکنش آندی و کاتدی را در جریان داشته باشید. این واکنش ها را می توان با چگالی جریان تعیین شده توسط معادلات باتلر-ولمر یا تافل که اغلب استفاده می شود نشان داد. معادله باتلر-ولمر سرعت یک واکنش الکتروشیمیایی را به عنوان تابعی از پتانسیل الکتروشیمیایی در محل سطح نشان می دهد. با استفاده از قانون فارادی، این چگالی جریان را نشان می دهد، زیرا الکترون ها درگیر هستند. تنظیم مدل ICCP در بدنه کشتی
در مثال ارائه شده، که در گالری برنامه نیز یافت می شود، بدنه کشتی را با شفت و پروانه مطالعه می کنیم که توسط جریان های تحت تاثیر محافظت می شود. اگر علاقه مند به مبحث شبیه سازی میکرو آنتن با کامسول هستید مطالعه کنید.