function demo_MOL
clcclear allformat long
n=15dpi=pi/n
x=dpi:dpi:pi
size(x)
u=sin(x)
t=0.:0.4:40.
[t u]=ode45(@myfun,t,u)
uu(:,2:n)=u(:,1:n-1)
uu(:,1)=0uu(:,n+1)=0
x=[0. x][xx yy]=meshgrid(x,t)
surf(xx,yy,uu)
xlabel('x')ylabel('t')zlabel('u(x,t)')
end
function y=myfun(~,u)
n=15
x=zeros(1,n)
x(1)=-2*u(1)+u(2)
x(n-1)=u(n-2)-2*u(n-1)
for i=2:n-2
x(i)=u(i-1)-2*u(i)+u(i+1)
end
y=x'
end
扩散方程如下:
第一定律可以用现代数学形式表示为:
对于物质 i,Ni 是摩尔通量(mol m-2 s-1),Di 是扩散系数(m2 s-1),ci 是浓度(mol m-3)。
根据质量连续性方程:
我们可以直接推导出菲克第二定律:
其中假设 Di 是一个常数,该假设仅适用于稀溶液。通常,对于以下应用,这是一个很好的假设:固体中的扩散;稀溶液、水或其他典型液体溶剂中的化学物质扩散;以及气相中的稀(微量)物质(比如空气中的二氧化碳)扩散。
菲克第二扩散定律
菲克第二扩散定律是一个线性方程,其中将化学物质的浓度作为自变量,每种化学物质的扩散都是单独发生的。由于存在这些性质,菲克第二定律描述的质量传递系统很容易进行数值模拟。
在进行扩散建模时,通常较好的做法是,先假设所有扩散系数都相等,并且与温度、压力等不相关。
通过这种简化,可以确保建模域中的质量传递方程呈线性,并且很容易与已知的解析限制关联起来。当人们能够准确理解所有扩散系数都相等的系统的行为时,就可以放宽这个假设。
菲克第二定律的量纲分析表明,在扩散过程中,扩散时间与扩散距离的平方之间存在基本关系。只有正确理解了这一关系,才能对扩散进行精确的数值仿真。
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