用于电化学电极研究的模拟方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及船舶压载水处理技术领域，尤其是一种电化学电极研究的模拟方法及其系统，包括以下步骤：建立待实验电解压载水处理系统的缩比模型；在缩比模型中输入实验参数；调节实验参数中的温度值和/或盐度值，获取压载水中的活性物质含量。本发明专利技术目的在于提供一种用于电化学电极研究的模拟方法及其系统，采用本发明专利技术提供的技术方案能够复制复杂几何形状，包括现有的材料和材料组合以获得电偶间的相互作用，并可模拟作为主要环境影响因素的温度和盐度水质参数等对电极效率的影响作用。

【技术实现步骤摘要】
用于电化学电极研究的模拟方法及其系统
本专利技术涉及船舶压载水处理
，尤其是一种电化学电极研究的模拟方法及其系统。技术背景国际海事组织(IMO)把压载水管理系统的处理方法划分为两大类：使用活性物质的方法和不使用活性物质的方法。活性物质，指一种物质或生物，包括对有害水生物和病原体具有一般或特殊作用的病毒或真菌，它能够对海水中的目标生物起到杀灭作用。采用活性物质的处理方法主要是向压载水中注入一种或多种特定的活性物质，利用活性物质的灭活杀菌能力实现压载水的处理。而电解法是一种采用活性物质对船舶压载水进行处理的一种重要方法，是通过电解海水产生次氯酸等活性物质，进而对压载水中的有害生物进行杀灭的技术。目前国际海事组织(IMO)，美国海岸警卫队(USCG)，国际船级社协会(IACS)以及各船级社均对压载水处理系统的设计、安装和认证提出了要求。其中USCGFinalRuleCFR162.060中明确提出了对压载水处理系统的限制条件进行测试和验证的要求。而IMO在2016年在MEPC第70次会议上正式颁布了最新的压载水管理系统认证导则2016GUIDELINESFORAPPROVALOFBALLASTWATERMANAGEMENTSYSTEMS(G8)(以下简称“新G8”)，在新的认证导则中明确增加了要求对压载水处理系统的盐度、温度等限制条件进行测试和验证评估的内容。电解法船舶压载水处理系统采用的是外加直流电在极板进行电解反应产生活性物质用于压载水处理的装置。电解反应属于电化学反应，是一种将电能转化为化学能的过程，该过程电解产物产生量由电化学中的法拉第电解定律决定。这个转化过程有一定的反应效率，该反应效率称为电流效率，电流效率越高，也就意味着在相同直流电下，更多的电能用于产生活性物质，活性物质产生量越多。而电流效率会受到很多因素的影响，而温度和盐度是主要的环境影响因素。因此，亟需一种新型的电化学电极研究模拟系统，以解决系统结构材料及温度和盐度对电极影响的研究问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种用于电化学电极研究的模拟方法及其系统，采用本专利技术提供的技术方案能够复制复杂几何形状，包括现有的材料和材料组合以获得电偶间的相互作用，并可模拟作为主要环境影响因素的温度和盐度水质参数等对电极效率的影响作用。为了达到上述技术效果，本专利技术一方面提供一种用于电化学电极研究的模拟方法，包括以下步骤：S100、建立待实验电解压载水处理系统的缩比模型；S200、在缩比模型中输入实验参数；S300、调节实验参数中的温度值和/或盐度值，获取压载水中的活性物质含量。优选的，在步骤S100中，设待实验电解压载水处理系统的装置原型和缩比模型之间的比例系数为p，在电解压载水研究实验中，满足以下相应关系式：L＝L/p；t＝t/γ；E＝E/α；σ＝(pα)σ/β；V＝V/(αp)；i＝(pi)/β；其中，L、t、E、σ、V和i分别为装置原型中以下参数的原型尺寸：长度、电解时间、电场强度、温度、电导率、电压和电流密度；L′、t′、E′、σ′、V′和i分别为缩比模型中的以下参数的模型尺寸：长度、实验时间、电场强度、温度、电导率、电压和电流密度；α、β、γ则分别为以下参数的比例系数：电场强度、磁场强度和实验时间。优选的，将天然海水稀释成与缩比模型的比例系数一样的淡海水，长度和电导率满足一下关系式：L’＝L/p；σ’＝σ/p。优选的，在步骤S200中，实验参数包括装置原型的尺寸、电解时间、电场强度、温度、电导率、电压、电流密度。基于上述模拟方法，本专利技术另一方面还提供一种用于电化学电极研究的模拟系统，包括依次连接的试验装置、参数测量传感器、可编程信号调理模块、数据采集卡和预装有测试程序的计算机。优选的，所述参数测量传感器包括流量传感器、温度传感器、盐度传感器、电压传感器和电流传感器。优选的，所述试验装置包括电解槽和除氢单元；所述参数测量传感器内置于所述电解槽内。优选的，所述电解槽为步骤S100中建立的缩比模型。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于缩比模型理论，建立电化学研究模拟系统，将电解电极的外形尺寸、布置方式、系统参数等物理量按一定比例缩放，同时将处理水的电导率也缩比相同的比例。此方法具有能够复制复杂几何形状，包括现有的材料和材料组合以获得电偶间的相互作用，并可模拟作为主要环境影响因素的温度和盐度水质参数等对电极效率的影响作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例模拟系统硬件结构框图；图2为本专利技术实施例模拟系统试验装置结构框图；图3为本专利技术实施例温度对电流效率的影响图；图4为本专利技术实施例盐度对电流效率的影响图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。电解法船舶压载水处理系统采用的是外加直流电在极板进行电解反应产生活性物质用于压载水处理的装置。在电解法船舶压载水处理系统的研究发现，电流效率会受到很多因素的影响，而温度和盐度是主要的环境影响因素。电解法船舶压载水处理系统属于大型系统，其体量不便于多次研究实验，鉴于此，本专利技术提供一种用于电化学电极研究的模拟方法及其系统，采用本专利技术提供的技术方案能够复制复杂几何形状，包括现有的材料和材料组合以获得电偶间的相互作用，并可模拟作为主要环境影响因素的温度和盐度水质参数等对电极效率的影响作用。本专利技术基于缩比模型理论，建立一种方便、有效的电化学研究模拟系统，为进一步优化电解电极系统提供新的研究途径，也为进一步精确设计船舶压载水电解法处理系统提供依据。为了达到上述技术效果，本实施例提供以下技术方案：本实施例提供一种用于电化学电极研究的模拟方法，包括以下步骤：S100、建立待实验电解压载水处理系统的缩比模型；S200、在缩比模型中输入实验参数；S300、调节实验参数中的温度值和/或盐度值，获取压载水中的活性物质含量。在步骤S100中，缩比模型的建立过程基于缩比模型，缩比模型是将研究对象外形按照合适的系数进行几何缩比，并遵循严格的相似准则关系而生产出的一种特点试验对象。缩比模型多用于对真实飞行器的研究，缩比模型飞行试验则是利用缩比模型在真实大气环境中飞行来预先研究真实飞行器的动态飞行特性。为此，本专利技术提供的技术方案独创性的将缩比模型用于电解法船舶压载水处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电化学电极研究的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS100、建立待实验电解压载水处理系统的缩比模型；/nS200、在缩比模型中输入实验参数；/nS300、调节实验参数中的温度值和/或盐度值，获取压载水中的活性物质含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学电极研究的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100、建立待实验电解压载水处理系统的缩比模型；
S200、在缩比模型中输入实验参数；
S300、调节实验参数中的温度值和/或盐度值，获取压载水中的活性物质含量。


2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于：在步骤S100中，设待实验电解压载水处理系统的装置原型和缩比模型之间的比例系数为p，在电解压载水研究实验中，满足以下相应关系式：
L′＝L/p；t′＝t/γ；E′＝E/α；σ′＝(pα)σ/β；V′＝V/(αp)；i′＝(pi)/β；
其中，
L、t、E、σ、V和i分别为装置原型中以下参数的原型尺寸：长度、电解时间、电场强度、温度、电导率、电压和电流密度；
L′、t′、E′、σ′、V′和i′分别为缩比模型中的以下参数的模型尺寸：长度、实验时间、电场强度、温度、电导率、电压和电流密度；
α、β、γ则分别为以下参数的比例系数：电场强度、磁场强度和实验时间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：姚萍，丁慧，王辉，王廷勇，
申请(专利权)人：青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37