(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111356136.2 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区上 大路99号 (72)发明人 李爱军　朱子镝　张丹　袁经超　 张方舟　刘立起　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 代理人 刘芳 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种孔隙电极有效扩散系数的确定方法及 系统 (57)摘要 本发明公开了一种孔隙电极有效扩散系数 的确定方法及系统， 该方法包括： 计算不同转速 下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模 拟解； 所述孔隙旋转圆盘电极 几何模型是依据旋 转圆盘电极电化学实验构建的， 并在运行过程中 输入反应物在反应物溶液中的扩散系数和反应 物在边界层内的扩散系数； 根据速度场模拟解， 利用有限元计算软件求解对流 ‑扩散方程， 确定 不同转速 下的模拟电流曲线； 根据不同转速下的 模拟电流曲线与实验电流曲线调整反应物在反 应物溶液中的扩散系数和反应物在边界层内的 扩散系数； 最后根据调整后的反应物在边界层内 的扩散系数， 确定孔隙电极有效扩散系数。 本发 明能够准确确定孔隙电极有效扩散系数， 进而测 定孔隙电极的传质能力。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 114021216 A 2022.02.08 CN 114021216 A 1.一种孔隙电极有效扩散系数的确定方法， 其特 征在于， 包括： 计算不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解； 所述孔隙旋转圆盘 电极几何模型包括孔隙旋转圆盘电极几何结构以及相关参数； 所述孔隙旋转圆盘电极几何 结构包括烧杯、 设置在所述烧杯 内部的反应物溶液、 设置在所述烧杯 内部的孔隙旋转圆盘 电极以及设置在所述孔隙旋转圆盘电极上方处的边界层； 其中， 所述孔隙旋转圆盘电极的 下方是吸 附层， 所述吸 附层的下方设置有吸 附过程， 所述吸 附层的上方设置有电化学反应 过程； 所述相关参数包括反应物在反应物溶液中的扩散系数和反应物在边界层内的扩散系 数； 根据所述速度场模拟解， 利用有限元计算软件求解对流 ‑扩散方程， 确定不同转速下的 模拟电流曲线； 将第一差值与第 一区间进行比较； 所述第 一差值为不同转速下的所述模拟电流曲线对 应的极限扩散电流的间距与实验电流曲线对应的极限扩散电流的间距的差值； 当所述第一差值大于所述第 一区间的最大值 时， 降低所述反应物在反应物溶液中的扩 散系数， 返回计算不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解步骤； 当所 述第一差值小于所述第一区间的最小值时， 升高所述反应物在反应物溶液中的扩散系 数， 返回计算不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解步骤； 当所述第一差 值在所述第一区间内时， 将第二差值与第二区间进行比较； 所述第二差值为不同转速下 的 所述模拟电流曲线对应的极限扩散电流的值与所述实验电流曲线对应的极限扩散电流的 值的差值； 当所述第二差值大于所述第 二区间的最大值 时， 降低所述反应物在边界层内的扩散系 数， 返回计算不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解步骤； 当所述第 二差值小于所述第二区间的最小值时， 升高所述反应物在边界层内的扩散系 数， 返回计算 不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解步骤； 当所述第二差值在所述 第二区间内时， 根据所述模拟电流 曲线对应的反应物在边界层内的扩散系 数， 确定孔隙电 极有效扩散系数。 2.根据权利要求1所述的一种孔隙电极有 效扩散系数的确定方法， 其特征在于， 所述实 验电流曲线的确定过程 为： 将孔隙材 料制备成孔隙旋转圆盘电极； 在不同转速下， 对所述孔隙旋转圆盘电极进行多组旋转圆盘电极电化学实验， 得到不 同转速下 的实验电流 曲线； 其中， 进行所述旋转圆盘电极电化学实验时设置的转速与所述 孔隙旋转圆盘电极几何模型模拟时的转速相同。 3.根据权利要求2所述的一种孔隙电极有 效扩散系数的确定方法， 其特征在于， 所述计 算不同转速下孔隙旋转圆盘电极几何模型对应的速度场模拟解， 具体包括： 基于所述旋转圆盘电极电化学实验， 构建孔隙旋转圆盘电极几何结构； 设置相关参数； 所述相关参数包括： 反应物溶液粘度、 反应物溶液浓度、 反应物在反应 物溶液中的扩散系数、 反应物在边界层内的扩散系数、 反应指前 因子、 传递系数、 吸附速率、 孔隙旋转圆盘电极转速、 雷诺数和 边界条件； 所述边界条件为孔隙旋转圆盘电极表面设置 为无滑移壁面和烧杯四周壁 面设置为固壁； 根据所述雷诺数确定 速度场类型；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114021216 A 2基于所述速度场类型和所述孔隙旋转 圆盘电极几何模型， 计算不同转速下孔隙旋转 圆 盘电极几何模型对应的速度场模拟解。 4.根据权利要求3所述的一种孔隙电极有 效扩散系数的确定方法， 其特征在于， 所述雷 诺数的计算过程： 根据进行所述旋转圆盘电极电化学实验时设置的参数计算雷诺数； 其中， 当所述雷诺 数大于设定阈值时所述速度场类型为湍流模型， 所述雷诺数小于或者等于所述设定阈值时 所述速度场类型为层流模型。 5.根据权利要求1所述的一种孔隙电极有 效扩散系数的确定方法， 其特征在于， 所述根 据所述速度场模拟解， 利用有限元计算软件求解对流 ‑扩散方程， 确定不同转速下的模拟电 流曲线， 具体包括： 根据所述速度场模拟解， 利用有限元计算软件求解对流 ‑扩散方程， 确定反应物在孔隙 旋转圆盘电极表面上的浓度梯度和生成物在孔隙旋转圆盘电极表面上的浓度梯度； 根据所述反应物在孔隙旋转圆盘电极表面上的浓度梯度和所述生成物在孔隙旋转圆 盘电极表 面上的浓度梯度， 采用Bulter ‑Volmer模 型， 计算不同时刻孔隙旋转圆盘电极表面 生成的瞬时电流； 对不同时刻的所述瞬时电流进行积分处理， 得到不同转速下的模拟电流曲线模拟电流 曲线。 6.一种孔隙电极有效扩散系数的确定系统， 其特 征在于， 包括： 速度场模拟解计算模块， 用于计算不同转速下孔隙旋转 圆盘电极几何模型对应的速度 场模拟解； 所述孔隙旋转圆盘电极几何模型包括孔隙旋转圆盘电极几何结构以及相关参 数； 所述孔隙旋转圆盘电极几何结构包括烧杯、 设置在所述烧杯内部的反应物溶液、 设置在 所述烧杯内部的孔隙旋转圆盘电极以及设置在所述孔隙旋转圆盘电极上方处的边界层； 其 中， 所述孔隙旋转圆盘电极的下方是吸附层， 所述吸附层的下方设置有吸附过程， 所述吸附 层的上方设置有电化学反应过程； 所述相关参数包括反应物在反应物溶液中的扩散系数和 反应物在边界层内的扩散系数； 模拟电流曲线确定模块， 用于根据所述速度场模拟解， 利用有限元计算软件求解对流 ‑ 扩散方程， 确定不同转速下的模拟电流曲线； 比较模块， 用于将第一差值与第一区间进行比较； 所述第一差值为不同转速下的所述 模拟电流曲线对应的极限扩散电流的间距与实验电流曲线对应的极限扩散电流的间距的 差值； 第一比较结果确定模块， 用于： 当所述第一差值大于所述第 一区间的最大值 时， 降低所述反应物在反应物溶液中的扩 散系数， 返回速度场模拟解计算模块； 当所述第一差值小于所述第 一区间的最小值 时， 升高所述反应物在反应物溶液中的扩 散系数， 返回速度场模拟解计算模块； 当所述第一差值在所述第一区间内时， 将第二差值与第二区间进行比较； 所述第二差 值为不同转速下的所述模拟电流曲线对应的极限扩散电流的值与所述实验电流曲线对应 的极限扩散电流的值的差值； 第二比较结果确定模块， 用于：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114021216 A 3