[發(fā)明專利]一種電沉積流體動力學(xué)檢測裝置

在審

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• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108375466A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦建新;王平平;王立惠;林峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司;貴州省特種設(shè)備檢驗檢測院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N27/30
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 唐智芳

本發(fā)明公開了一種電沉積流體動力學(xué)檢測裝置，包括升降旋轉(zhuǎn)控制裝置、底座和固定于底座上的電解槽，電解槽中設(shè)置有圓盤陽極、磁場分布塊和圓盤陰極，在圓盤陰極上固接有旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸與升降旋轉(zhuǎn)控制裝置的輸出軸同軸連接；圓盤陽極置于電解槽的底端面上，通過螺桿固定于底座上，該螺桿的軸線與所述圓盤陽極的軸線重合；磁場分布塊位于圓盤陽極和圓盤陰極之間，所述電解槽的軸線、磁場分布塊縱向方向上的中心線、旋轉(zhuǎn)軸的軸線、圓盤陽極的軸線和圓盤陰極的軸線相重合；所述的底座、電解槽、磁場分布塊采用絕緣材料制作而成。采用本發(fā)明所述裝置，經(jīng)單次測試即可滿足在較大流體動力學(xué)范圍內(nèi)的流體傳質(zhì)和電場分布的耦合作用測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測裝置，具體涉及一種電沉積流體動力學(xué)檢測裝置。

背景技術(shù)

電沉積電極反應(yīng)的步驟包括液相中的傳質(zhì)過程，電化學(xué)過程和變面轉(zhuǎn)化過程，其中液相中的傳質(zhì)步驟進(jìn)行比較緩慢，因此常形成控制整個電極反應(yīng)速度的限制性步驟，這一步驟的提高，可以提高生產(chǎn)效率，增大設(shè)備的生產(chǎn)能力。根據(jù)測算，在反應(yīng)粒子濃度為1mol/L時，電極反應(yīng)的最高電流密度可能達(dá)到10⁵A/cm²，然而，目前生產(chǎn)電流密度只能達(dá)到幾安/厘米²，兩者相差5個數(shù)量級以上，表明電極變面的反應(yīng)潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被充分挖掘出來，研究流體動力學(xué)對電沉積過程的影響有利于充分挖掘電極反應(yīng)的潛力。

物質(zhì)傳遞和電流密度受控于電化學(xué)活性物質(zhì)，而電化學(xué)活性物質(zhì)的運動是按照流體動力學(xué)規(guī)律進(jìn)行的。其中，流體動力學(xué)液相傳質(zhì)過程的基本步驟包括：

1)對流傳質(zhì)：物質(zhì)的粒子隨著流動的液體而移動。引起對流的原因可能為液體各部分之間存在由于濃差或溫差所引起的密度差引起(自然對流)，也可能是外加的攪拌作用(強(qiáng)制對流)。

2)擴(kuò)散：溶液中對某一組分存在著濃度梯度，此時，即使在靜止液體中也會發(fā)生該組分自高濃度處向低濃度出轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

3)電遷移：由于液相中存在電場而引起的電遷傳質(zhì)過程。

為了研究電極動力學(xué)，科研人員設(shè)計發(fā)明了諸多的設(shè)備，提出了許多頗具創(chuàng)新的想法。如：

1939年，Hull根據(jù)陰陽極極距不同會引起電流密度的分布不均勻發(fā)明了Hull槽，廣泛用于電解液的分析和電沉積的工藝測試，但Hull槽的陰陽極位置固定，不能滿足涉及流體動力學(xué)方面的測試。

為了研究電極表面能與動力學(xué)研究方面，Levich根據(jù)流體動力學(xué)原理首次提出RDE(rotating disk electrode)理論，目前涉及到電極傳質(zhì)等方面的測試設(shè)備主要采用的是旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)和基于RDE改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)電極。RDE一般采用直徑為5mm玻碳電極，減小的電極面積為液相傳質(zhì)和電極極化測試提供了優(yōu)勢，同時也極大減弱了RDE在陰極電流分布方面的測試能力。

為了研究陰極電流分布和流體動力學(xué)的相互作用，Graham和Pinkerton在RDE的基礎(chǔ)上結(jié)合Hull槽，改進(jìn)發(fā)明了RCH(rotating cylinder Hull)，用于研究液相傳質(zhì)和電流密度分布問題。該裝置采用一個豎直等直徑的圓筒，通過一定的電場導(dǎo)向和分布，實現(xiàn)了對陰極表面電流分布和流體動力學(xué)耦合作用的測試。即在相同的電流強(qiáng)度下，采用不同的轉(zhuǎn)速來完成測試工作，該設(shè)備的工作特點是，每一次測試只能對應(yīng)一種流體動力條件，在遇到需要在較大范圍能進(jìn)行比較或者初期流體工況測試摸索時，試驗量大而繁瑣，因為RCH采用等直徑圓筒，當(dāng)圓筒以固定速度旋轉(zhuǎn)時，其電極表面的流體動力學(xué)參數(shù)是一致的。基于此，本申請將提供一種能夠滿足在較大流體動力學(xué)范圍內(nèi)經(jīng)一次測試即可獲得不同數(shù)據(jù)的檢測裝置

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種經(jīng)單次測試即可滿足在較大流體動力學(xué)范圍內(nèi)的流體傳質(zhì)和電場分布的耦合作用測試的電沉積流體動力學(xué)檢測裝置。

本發(fā)明所述的電沉積流體動力學(xué)檢測裝置，包括升降旋轉(zhuǎn)控制裝置、底座和固定于底座上的電解槽，其中：