避免负浓度

平台： 所有平台 适用于： 188金宝搏优惠comsol多物理学^®，CFD模块，化学反应工程模块，电沉积模块，微流体模块，地下流量模块，搅拌机模块，腐蚀模块，电化学模块 版本： 所有版本

问题描述

为什么我在扩散，对流和反应模型中获得浓度的负值？为什么我会看到基于涉及扩散和对流的问题的边界条件的最低或最高值的值？这显然是毫无机构的。

解决方案

有几个可能的原因以及避免解决方案过度和不足问题的方法：

数值错误

一个常见的原因是数值噪声：例如，当浓度变量接近零时，与该值相比，数值噪声可能变得很重要（接近零）。如果您注意到幅度很小的负浓度，数值噪声可能是原因，并且不会在没有反应的情况下对问题产生太大影响。

反应域：使用Danckwerts流入类型

如果您有具有化学反应的域的入口，或者墙壁上有反应的域，请使用流入条件，设置边界条件类型：Flux（Danckwerts），可在流入设置。这种流入条件类型旨在避免负振荡，并加快反应流问题的解决方案。

Danckwerts 。

有关如何使用此方法的示例，请参阅通过透析分离。

不连续的边界和初始条件：平滑设置

局部略有负浓度的另一个原因是空间或时间的不连续性，例如在初始条件下。例如，考虑一个维度依赖时间的对流 - 扩散反应方程：

初始条件是域内的零浓度，边界条件分别在左右边界设置为1和0浓度。对此的物理解释是在正X方向上移动的最初锋利，逐渐扩散的前部。但是，对于有限元形状函数（例如一阶拉格朗日），仅连续函数是可以作为解决方案的，因此，不连续的初始值在开始时间介入之前就修改了不连续的初始值。这通常会导致T = 0的溶液中的小倾角。倾角也第一次跨越。如图所示，在t = 0时，浓度将在t = 0处略微负。

负浓度

图1：在左侧（c = 1）处的边界条件的时间相关扩散问题的解决方案，该条件在t = 0时与初始条件（c = 0）造成了不连续性。有限元方法在最左边的元素中产生了低于零的摆动。接近T = 0的倾角有时会导致振荡和收敛问题。

可以通过使用Comsol多物理学内置的平滑步骤功能之一来避免使用此问题，以控制的方式使初188金宝搏优惠始不连续性平滑。例如，在上面的示例中，您可以使用平滑的步骤过渡作为初始条件，而不是统一的零初始条件。有关更多信息，请参考解决方案905：平滑步骤过渡。

将反应项的浓度大于零大于零

显着的负浓度通常表明基础数学模型无法正确描述物理学。在这种情况下，上面提到的方法不会解决问题。一个潜在的原因是，您的反应术语中有一个恒定的下沉，这是仅适用于大浓度的近似值。当浓度达到零时，反应项继续消耗该物种，最终导致负浓度。可以通过确保您的反应速率使该物种的浓度接近零时，可以避免这种情况，那么物种也会下沉。例如，可以通过写作来实现最大（EPS^2，Q）。EPS是一个内部COMSOL常数，在顺188金宝搏优惠序中是很少的数字或10^-15。如果您想避免Q为0，例如，如果将对数应用于几何形状内的某个地方，或者符号导数的风险将分裂纳入零，则这种表达式也很有帮助。

确保网格解决问题

网格分辨率不足可能导致低于零的下降。当在高对流方案（高脚数）中观察到负浓度时，收敛问题通常是潜在的问题带有网状精炼。如果更好的是，问题很可能与网格相关。如果更糟的话，可能是导致问题的数学模型。

在知识库解决方案103提出了一些其他方法，可以减轻这些类型的问题而不广泛完善网格。