Конвективный перенос ионов в электрохимическом диффузионном преобразователе с сетчатыми электродами

• Автор: Захаров, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .

1.1. Принцип конвективного переноса элсктроактивных ионов в

ф электрохимическом диффузионном преобразователе.

1.2. Исследование явлений переноса ионов к поверхности электрода.

Глава 2. НЕСТАЦИОНАРНАЯ КОНВЕКТИВНАЯ ДИФФУЗИЯ И АМПЛИТУДНОЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

2.1. Структура и базовая модель электрохимической ячейки диффузионного преобразователя

2.2. Особенности численного моделирования конвективной диффузии

2.3. Частота релаксации диффузионного процесса.

2.4. Влияние вязких свойств жидкости на порядок диффузионного спада

ам плитудночастотной характеристики.
2.5. Диффузионный слой при больших скоростях потока
Глава 3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
3.1. Влияние геометрии электрохимической ячейки на нелинейные искажения динамической характеристики
3.2. Модель электрохимической ячейки, используемая для изучения нелинейных искажений.
3.3. Стационарный режим течения жидкости.
3.4. Нестационарный режим. Малые скорости потока
ф 3.5. Нестационарный режим. Большие скорости потока.1
3.6. Несимметричная электродная система.
3.7. Влияние нелинейных искажений на частоту релаксации диффузионного процесса
Глава 4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ЛИНЕЙНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН
4.1. Зависимость характеристик диффузионного преобразователя от гидродинамического сопротивления.
4.2. Модель электродной сетки
4.3. Модель диэлектрической перегородки
4.4. Модель электродного узла преобразователя
4.5. Оценка величины линейного динамического диапазона.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЛИТЕРАТУРА


Таким образом, без существенной потери точности можно считать, что концентрация трииодида на поверхности катода равна нулю 38, тогда как на поверхности анода равновесному значению со, которое соответствует среднему по объему значению концентрации трииодида в отсутствие разности потенциалов между анодом и катодом. Дисбаланс в концентрациях иодида калия и молекулярного иода создается специально для того, чтобы образование в ходе реакции ионов иода на катодах не приводило к существенному изменению концентрации трииодида на анодах. Поскольку распределение концентрации ионов трииодида в окрестности катодной системы определяет ток во внешней цепи, для дальнейшего исследования будет представлять интерес расчет распределений концентрации именно ионов трииодида, именуемых для краткости ионами. В ДП вертикального типа рис. Смещение из положения равновесия под действием внешнего сигнала приводит к сжатию или растяжению пружины, и через некоторое время система переходит в исходное состояние равновесия под действием возвращающей силы. В ДП горизонтального типа рис. Ь тороидальный канал преобразователя заполнен наполовину, что приводит к возникновению разности в уровнях рабочей жидкости при наклоне преобразователя, или к действию возвращающей силы, пропорциональной разности в уровнях. Наличие возвращающей силы в ДП вертикального и горизонтального типов приводит к тому, что результирующая передаточная характеристика системы представляет собой произведение механической части, обусловленной существованием возвращающей силы, и диффузионной части, связанной с особенностями процесса конвективной диффузии. Оптимальным для этого является изучение диффузии в модели, соответствующей ДП углового типа рис. ДП углового типа, поскольку в этом случае возвращающая сила отсутствует. Рис. Электрохимическая ячейка ДП с сетчатыми электродами. В последнее время в ДП углового, вертикального и горизонтального типов широко применяется электродная система с четырьмя сетчатыми электродами, разделенными диэлектрическими перегородками с круглыми отверстиями рис. При этом крайние сетки выполняют функцию анодов, а средние катодов в окислительновосстановительном процессе. Механизм доставки ионов к катодам ДП может быть как чисто диффузионным, что соответствует случаю неподвижной рабочей жидкости, так и смешанным конвективным и диффузионным одновременно, что соответствует течению жидкости под действием внешнего механического сигнала, поступающего на прибор. Таким образом, преобразование внешнего механического сигнала в течение рабочей жидкости и, следовательно, в катодный ток составляет основной принцип работы ДП. Различие в концентрациях ионов на анодах и катодах системы, а также периодический характер внешних воздействий приводят к существованию в окрестности электродной системы нестационарного неоднородного пространственного распределения концентрации ионов. Можно утверждать, что получение информации о характере этого распределения в каждый интересующий момент времени позволяет не только детально изучить процесс нестационарной конвективной диффузии в системе с разрывной структурой электродов, но также объяснить поведение экспериментальных динамических и частотных характеристик существующих ДП с сетчатыми электродами. Вследствие того, что характерный размер электродной системы ДП расстояние между сетчатыми электродами, размер ячейки электродной сетки составляет величину порядка 0 мкм, а межэлектродное пространство заполнено диэлектрическими перегородками с отверстиями см. ДП является анализ динамических и частотных характеристик преобразователя. Динамическая характеристика ДП представляет собой зависимость сигнального тока преобразователя от амплитуды внешнего воздействия при неизменной частоте воздействия, и в случае ДП с сетчатыми электродами содержит два характерных участка линейный при малых амплитудах внешнего сигнала, и нелинейный при больших амплитудах. В дальнейшем под линейным режимом работы преобразователя будет подразумеваться такой режим, при котором рабочая точка находится на линейном участке динамической характеристики.