The modelling of electrokinetic flows is a critical aspect spanning many industrial applications and research fields. This has introduced great demand in flexible numerical solvers to describe these flows. The underlying phenomena is microscopic, non-linear, and often involving multiple domains. Therefore often model assumptions and several numerical approximations are introduced to simplify the solution. In this work we present a multi-domain multi-species electrokinetic flow model including complex interface and bulk reactions. After a dimensional analysis and an overview of some limiting regimes, we present a set of general-purpose finite-volume solvers, based on OpenFOAM(R), capable of describing an arbitrary number of electrochemical species over multiple interacting (solid or fluid) domains. We provide a verification of the computational approach for several cases involving electrokinetic flows, reactions between species, and complex geometries. We first present three one-dimensional verification test-cases for single- and multi-domain cases and then show the capability of the solver to tackle two- and three-dimensional electrically driven flows and ionic transport in random porous structures. The purpose of this work is to lay the foundation of a general-purpose open-source flexible modelling tool for problems in electrochemistry and electrokinetics at different scales.


翻译:电动动能流建模是一个至关重要的方面,涉及许多工业应用和研究领域。这在灵活的数字解算器中引入了描述这些流流的巨大需求。基本现象是微观、非线性、往往涉及多个领域。因此,往往采用模型假设和数个数字近似值来简化解决方案。在这项工作中,我们提出了一个多维多维多物种的电动动动能流模型,包括复杂的界面和散装反应。在对一些限制性制度进行立体分析和概览之后,我们提出了一套通用的有限数量解算器,以OpenFOAM(R)为基础,能够描述多个互动(固体或液体)领域的电子化学物种的任意数量。我们核实了涉及电动流动、物种间反应和复杂地理外貌的若干案例的计算方法。我们首先为单项和多度案例提出三个一维核查试验箱,然后展示解算器在随机多管结构中处理二维和三维驱动电动流和离心传输的能力。这项工作的目的是在电子模型上为不同规模的电子模型打下建立灵活的基础。

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