Summary (English)
This scientific paper investigates the effect of grain boundary diffusivity and trapping on hydrogen transport using a phase-field compatible formulation.
The researchers generate RVEs (representative volume elements) through the phase-field method, which is suitable for representing grain boundaries.
They present a novel fully-kinetic formulation for hydrogen diffusion and grain boundary trapping that is compatible with phase-field based RVEs.
Parameters such as grain boundary diffusivity (Dgb) and trap-binding energy (Egb) are used to understand the interaction between hydrogen diffusion and grain boundary trapping.
The uptake and permeation simulations were performed using constant and gradient occupancy boundary conditions, respectively.
In both cases, increasing Egb increased the hydrogen grain boundary occupancy.
Permeation simulations showed that the hydrogen flux along the grain boundaries increased with increasing Dgb and surprisingly, Egb.
Since trapping increases the hydrogen occupancy at grain boundaries, it also increases the occupancy gradients, leading to a higher flux.
This led to the conclusion that, in the case of an external occupancy gradient, grain boundary trapping and diffusion cooperate rather than compete to increase the hydrogen flux.
On the other hand, Dgb was found to be the decisive factor for retaining hydrogen at the grain boundaries during permeation simulations.
The researchers generate RVEs (representative volume elements) through the phase-field method, which is suitable for representing grain boundaries.
They present a novel fully-kinetic formulation for hydrogen diffusion and grain boundary trapping that is compatible with phase-field based RVEs.
Parameters such as grain boundary diffusivity (Dgb) and trap-binding energy (Egb) are used to understand the interaction between hydrogen diffusion and grain boundary trapping.
The uptake and permeation simulations were performed using constant and gradient occupancy boundary conditions, respectively.
In both cases, increasing Egb increased the hydrogen grain boundary occupancy.
Permeation simulations showed that the hydrogen flux along the grain boundaries increased with increasing Dgb and surprisingly, Egb.
Since trapping increases the hydrogen occupancy at grain boundaries, it also increases the occupancy gradients, leading to a higher flux.
This led to the conclusion that, in the case of an external occupancy gradient, grain boundary trapping and diffusion cooperate rather than compete to increase the hydrogen flux.
On the other hand, Dgb was found to be the decisive factor for retaining hydrogen at the grain boundaries during permeation simulations.
요약 (Korean)
이 과학 논문은 위상 필드 호환 제형을 사용하여 입자 경계 확산 및 수소 수송에 대한 트래핑의 효과를 조사합니다.
연구원들은 위상 필드 방법을 통해 RVE (대표 부피 요소)를 생성하며, 이는 입자 경계를 나타내는 데 적합합니다.
그들은 위상 필드 기반 RVE와 호환되는 수소 확산 및 입자 경계 포획을위한 새로운 완전성 제형을 제시한다.
입자 경계 확산 (DGB) 및 트랩 결합 에너지 (EGB)와 같은 파라미터는 수소 확산과 입자 경계 트래핑 사이의 상호 작용을 이해하는 데 사용됩니다.
흡수 및 투과 시뮬레이션은 각각 일정한 및 그라디언트 점유 경계 조건을 사용하여 수행되었다.
두 경우 모두, EGB 증가는 수소 입자 경계 점유를 증가시켰다.
투과 시뮬레이션은 곡물 경계를 따른 수소 플럭스가 DGB가 증가함에 따라 증가함에 따라 증가 함을 보여 주었다.
트래핑은 입자 경계에서 수소 점유율을 증가시키기 때문에 점유 기울기가 증가하여 플럭스가 더 높아집니다.
이로 인해 외부 점유 구배의 경우 수소 플럭스를 증가시키기 위해 경쟁하기보다는 입자 경계 포획 및 확산이 협력한다는 결론이 이루어졌다.
한편, DGB는 투과 시뮬레이션 동안 입자 경계에서 수소를 유지하기위한 결정적인 요소 인 것으로 밝혀졌다.
연구원들은 위상 필드 방법을 통해 RVE (대표 부피 요소)를 생성하며, 이는 입자 경계를 나타내는 데 적합합니다.
그들은 위상 필드 기반 RVE와 호환되는 수소 확산 및 입자 경계 포획을위한 새로운 완전성 제형을 제시한다.
입자 경계 확산 (DGB) 및 트랩 결합 에너지 (EGB)와 같은 파라미터는 수소 확산과 입자 경계 트래핑 사이의 상호 작용을 이해하는 데 사용됩니다.
흡수 및 투과 시뮬레이션은 각각 일정한 및 그라디언트 점유 경계 조건을 사용하여 수행되었다.
두 경우 모두, EGB 증가는 수소 입자 경계 점유를 증가시켰다.
투과 시뮬레이션은 곡물 경계를 따른 수소 플럭스가 DGB가 증가함에 따라 증가함에 따라 증가 함을 보여 주었다.
트래핑은 입자 경계에서 수소 점유율을 증가시키기 때문에 점유 기울기가 증가하여 플럭스가 더 높아집니다.
이로 인해 외부 점유 구배의 경우 수소 플럭스를 증가시키기 위해 경쟁하기보다는 입자 경계 포획 및 확산이 협력한다는 결론이 이루어졌다.
한편, DGB는 투과 시뮬레이션 동안 입자 경계에서 수소를 유지하기위한 결정적인 요소 인 것으로 밝혀졌다.
기술적 용어 설명 (Technical Terms)
추출된 기술 용어가 없습니다.
Excerpt (English Original)
Modeling the effect of grain boundary diffusivity and trapping on hydrogen transport using a phase-field compatible formulation Published in: International Journal of Hydrogen Energy 55 (2024) 1445–1455 Abdelrahman Hussein∗1, Byungki Kim2, Tom Depover1, and Kim Verbeken1 1Department of Materials, Textiles and Chemical Engineering, Ghent University, Technologiepark 46, B-9052 Ghent, Belgium2024 2School of Mechatronics Engineering, Korea University of Technology, Cheonan, Chungnam 31253, Republic of KoreaDec 25 Abstract Hydrogen grain boundary (GB) trapping is widely accepted as the main cause for hydrogen induced intergranular failure.
Several studies were conducted to unveil the role of GBs on hydrogen transport; however, a clear understanding is yet to be attained.
This is due to the limitations of the state-of-the-art experimental procedures for such highly kinetic processes.
In this study, we aim at providing a deeper understanding of hydrogen-GB interactions using full-field representative volume element (RVE).
The phase-field method is chosen for generating RVEs, since it is the an appropriate numerical tool to represent GBs.
A novel fully-kinetic formulation for hydrogen diffusion and GB trapping is presented, which is compatible with the phase-field based RVEs.
GB diffusivity (Dgb) and trap-binding energy (Egb) were used as parameters to understand the interactions between diffusion and GB trapping.
Uptake and permeation simulations were performed with constant and gradient occupancy boundary conditions respectively.
In both cases, increasing Egb, increased the hydrogen GB occupancy.
The permeation simulations showed that the hydrogen flux along the GBs increased with increasing both, Dgb and, surprisingly, Egb.
Since trapping increases the hydrogen occupancy[cond-mat.mtrl-sci] along GBs, it also increases the occupancy gradients, resulting in a higher flux.
This led to the conclusion that, in the case of an external occupancy gradient, GB trapping and diffusion cooperate, rather than compete, to increase the hydrogen flux.
On the other hand, the decisive factor for the retention of hydrogen…
Several studies were conducted to unveil the role of GBs on hydrogen transport; however, a clear understanding is yet to be attained.
This is due to the limitations of the state-of-the-art experimental procedures for such highly kinetic processes.
In this study, we aim at providing a deeper understanding of hydrogen-GB interactions using full-field representative volume element (RVE).
The phase-field method is chosen for generating RVEs, since it is the an appropriate numerical tool to represent GBs.
A novel fully-kinetic formulation for hydrogen diffusion and GB trapping is presented, which is compatible with the phase-field based RVEs.
GB diffusivity (Dgb) and trap-binding energy (Egb) were used as parameters to understand the interactions between diffusion and GB trapping.
Uptake and permeation simulations were performed with constant and gradient occupancy boundary conditions respectively.
In both cases, increasing Egb, increased the hydrogen GB occupancy.
The permeation simulations showed that the hydrogen flux along the GBs increased with increasing both, Dgb and, surprisingly, Egb.
Since trapping increases the hydrogen occupancy[cond-mat.mtrl-sci] along GBs, it also increases the occupancy gradients, resulting in a higher flux.
This led to the conclusion that, in the case of an external occupancy gradient, GB trapping and diffusion cooperate, rather than compete, to increase the hydrogen flux.
On the other hand, the decisive factor for the retention of hydrogen…
발췌문 (Korean Translation)
발표 된 위상 필드 호환 제제를 사용하여 곡물 경계 확산 및 수소 수송에 대한 수소 수송에 미치는 영향을 모델링 : International Journal of Hydrogen Energy 55 (2024) 1445-1455 Abdelrahman Hussein * 1, Byungki Kim2, Tom Depover1 및 Kim Verbeken1 1 1 1 1 1 1 1 1 회 B-9052 GHENT, BELGIUM2024 MECATRONICS ENGINE 년, 한국 공과 대학, Cheonan, Chungnam 31253, Koreadec 공화국 25 초록 수소 입자 경계 (GB) 트래핑은 수소 유도 조간 부전의 주요 원인으로 널리 받아 들여지고 있습니다.
수소 수송에 대한 GBS의 역할을 공개하기 위해 몇몇 연구가 수행되었다; 그러나 명확한 이해는 아직 달성되지 않았습니다.
이는 이러한 동역학 과정에 대한 최첨단 실험 절차의 한계 때문입니다.
이 연구에서 우리는 풀 필드 대표 부피 요소 (RVE)를 사용하여 수소 GB 상호 작용에 대한 더 깊은 이해를 제공하는 것을 목표로합니다.
위상 필드 방법은 RVE를 생성하기 위해 선택됩니다.
GBS를 나타내는 적절한 수치 도구이기 때문입니다.
수소 확산 및 GB 트래핑을위한 새로운 완전성 제제가 제시되며, 이는 위상 필드 기반 RVE와 호환됩니다.
GB 확산 성 (DGB) 및 트랩 결합 에너지 (EGB)를 확산과 GB 트래핑 사이의 상호 작용을 이해하기위한 파라미터로 사용 하였다.
흡수 및 투과 시뮬레이션은 각각 일정한 및 그라디언트 점유 경계 조건으로 수행되었다.
두 경우 모두 EGB 증가는 수소 GB 점유율을 증가시켰다.
투과 시뮬레이션은 GBS를 따른 수소 플럭스가 DGB 및 놀랍게도 EGB 모두 증가함에 따라 증가 함을 보여 주었다.
트래핑은 GBS를 따라 수소 점유 [cond-mat.mtrl-sci]를 증가시키기 때문에 점유 구배가 증가하여 플럭스가 더 높아집니다.
이로 인해 외부 점유 구배의 경우 수소 플럭스를 증가시키기 위해 경쟁하기보다는 GB 트래핑 및 확산이 협력한다는 결론이 이루어졌다.
반면에, 수소 유지에 대한 결정적인 요인 …
수소 수송에 대한 GBS의 역할을 공개하기 위해 몇몇 연구가 수행되었다; 그러나 명확한 이해는 아직 달성되지 않았습니다.
이는 이러한 동역학 과정에 대한 최첨단 실험 절차의 한계 때문입니다.
이 연구에서 우리는 풀 필드 대표 부피 요소 (RVE)를 사용하여 수소 GB 상호 작용에 대한 더 깊은 이해를 제공하는 것을 목표로합니다.
위상 필드 방법은 RVE를 생성하기 위해 선택됩니다.
GBS를 나타내는 적절한 수치 도구이기 때문입니다.
수소 확산 및 GB 트래핑을위한 새로운 완전성 제제가 제시되며, 이는 위상 필드 기반 RVE와 호환됩니다.
GB 확산 성 (DGB) 및 트랩 결합 에너지 (EGB)를 확산과 GB 트래핑 사이의 상호 작용을 이해하기위한 파라미터로 사용 하였다.
흡수 및 투과 시뮬레이션은 각각 일정한 및 그라디언트 점유 경계 조건으로 수행되었다.
두 경우 모두 EGB 증가는 수소 GB 점유율을 증가시켰다.
투과 시뮬레이션은 GBS를 따른 수소 플럭스가 DGB 및 놀랍게도 EGB 모두 증가함에 따라 증가 함을 보여 주었다.
트래핑은 GBS를 따라 수소 점유 [cond-mat.mtrl-sci]를 증가시키기 때문에 점유 구배가 증가하여 플럭스가 더 높아집니다.
이로 인해 외부 점유 구배의 경우 수소 플럭스를 증가시키기 위해 경쟁하기보다는 GB 트래핑 및 확산이 협력한다는 결론이 이루어졌다.
반면에, 수소 유지에 대한 결정적인 요인 …
출처: arXiv
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