(Invited) Numerical Simulations of Mass Transport Using Separation of Variables: an Old Method Rejuvenated with Symbolic Algebra Software
Notice bibliographique
Résumé
Separation of variables is a classic method of solving partial differential equations, such as the convective diffusion equations that are ubiquitous in electrochemistry. It leads to infinite series solutions, which are exact analytical solutions. However, various parameters involved in the series have to be numerically evaluated, and the series converge rather slowly, which has meant that this method has not been used for practical numerical calculations of concentration profiles for electrochemical problems. We show here that these difficulties can be overcome, and demonstrate the use of the symbolic algebra program Maple in a practical implementation of this for steady-state convective diffusion past electrodes in a 2-D channel [1]. The key to successful implementation has been the use of asymptotic formulas to reliably locate the eigenvalues, so that the numerical solver does not miss any. The method has the following advantages: 1. It is a mesh-free method, so a separate step of validating the mesh or grid is not necessary. 2. The global error can be estimated by evaluating the series to more terms. 3. Each segment (above an electrode or insulating section) is solved at once, so changing the length of an electrode does not change the difficulty of the calculation. 4. Workup of the concentrations to derived quantities such as currents or collection efficiencies can be done without any degradation of accuracy. The present implementation assumes diffusivities of reactant and product are equal, which allows the generation of both concentration profiles in a single calculation by using a recently developed transformation method [2]. It also neglects axial diffusion. Future work will seek to remove these limitations, and extend the results to 3-D and time-dependent systems. References: [1] T. Holm, S. Sunde, F. Seland and D.A. Harrington, A Semianalytical Method for Simulating Mass Transport at Channel Electrodes, J. Electroanal. Chem.,745 (2015) 72-79. [2] D.A. Harrington, Rules to Transform Concentrations and Currents for Irreversible Reactions to those of Quasireversible Reactions, Electrochim. Acta., 152 (2015) 308-314. Figure 1. Concentration Profile for a Collection Efficiency Calculation at Electrodes in a Channel. X = distance along channel, Y = distance across channel (dimensionless variables). Electrode between X = 0 and X = 1 producing species at the limiting current, Electrode between X = 2 and X = 3 consuming species at the limiting current. Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,016 | 0,008 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».