当前课程知识点：电极过程动力学 > 第三章 “电极/溶液”界面附近液相中的传质过程 > 3.4 实际情况下的稳态对流扩散过程和旋转圆盘电极 > 3.4 实际情况下的稳态对流扩散过程和旋转圆盘电极
下面我们来学习呢
实际情况下的稳态对流扩散过程
和旋转圆盘电极
在这一节当中首先呢来了解
平面电极上面切向液流中的传质过程
在这个非理想情况下
如何来进行有效扩散层厚度的推导呢
对于稳态液流处理液流问题的基本出发点
是Navier Stokes 公式
我们在此呢只介绍这种处理方法的基本原理
以及呢得到的若干的主要结论
在图3.5中设流速为u0
以及呢流动方向与电极表面平行的切向液流
是在坐标原点处开始接触电极表面的
那么在表面层当中除了x等于0处之外
液体呢都不是完全静止的
但是呢切向液流速度Vy
比表面层外的切向流速呢u0要小一些
根据流体力学的推导可以得到呢
Vy于u0以的关系
那么表面层的厚度呢
就定义为Vy等于0.99u0处时的x值
那这样就可以得到呢表面层厚度的表达式
那根据图中Vx与x的变化趋势呢
又可以得到呢Vx的表达式
那若反应粒子在电极表面上消耗
则表面层当中呢将出现反应粒子的浓度极化
假设呢溶液当中呢存在着大量的惰性电解质
这样就可以忽略呢电迁传质
而且呢不考虑呢x方向的传质作用
那么在稳态下
扩散流量呢与对流流量之和是为0的
在一般情况下呢由于切向液流呢
导致了i粒子的浓度
对y的二次求导的绝对值呢
远小于对x二次求导的绝对值
将它代入到流量之和的公式当中呢可以化简
在表面层附近由于切向流速较大
且i粒子的浓度对x和y的一次求导
以及呢对x的二次求导呢都很小
因而i粒子的浓度呢就等于其主体浓度
即在表面层外侧部分当中呢
基本不出现呢浓度极化
那为了估计扩散层的厚度
可以定义呢这两项数值相等
然后呢利用下列近似公式
同时呢利用呢Vx及Vy
扩散层厚度与表面层厚度的关系代入
那最终就得到了有效的扩散层厚度了
那么表面层与扩散层它是不同的物理概念
表面层是指呢厚度较大
它只由呢电极的几何形状
与流体动力学条件所决定的
而扩散层呢它的厚度较小
除了电极的几何及流体动力学条件之外
还依赖于呢反粒子的扩散系数
在扩散层内部那仍然存在呢液体的切向运动
因而呢其中呢传质过程呢
仍然是扩散和对流两种作用的必然结果
那从图3.8看到在x等于0处
不存在呢对流传质过程
根据呢x等于0处的浓度梯度呢
来计算呢扩散层厚度的有效值
那么求得扩散层的有效厚度之后呢
将我们在上一节当中呢
求出的理想扩散下的动力学公式拿出来
用有效的扩散层厚度来代替扩散层厚度
那如果电极附近的流体流动情况如图所示的话
那就可以呢求出呢
电极表面上面各处的电流密度
和相应的极限电流密度了
在上式当中呢都含有y项
那这就表示呢电极表面上各部分所受到的
搅拌作用呢都不相同
因而呢电流密度呢也是不均匀的
下面呢我们来介绍一下旋转圆盘电极
那么旋转圆盘电极呢
它是指实际使用的电极是圆盘的底部表面
而整个电极呢是绕通过它中心
并垂直于盘面的轴来转动的
电极下方的液体呢在圆盘的中心处上升
那与圆盘接近后又被抛向周边
那在已经推导的对流扩散的动力学方程当中
u0的-1/2次方与y的1/2次方相乘是一个常数
那这就表明呢在整个的圆盘电极表面
各点上扩散层的厚度是相同的
因而呢极限扩散电流密度呢也应该是均一的
那利用圆柱坐标
并且呢稳态下三个坐标方向
对流传质效应的总和
应该等于呢扩散流失效应的总和
考虑到呢旋转圆盘电极的轴对称性
以及呢电极的不同半径处
扩散层厚度以及呢扩散电流密度相同
故此呢就可以呢忽略掉含有φ以及r项
对公示呢进行简化
那根据流体力学的计算以及呢图3.11所示
那就可以看到呢旋转圆盘电极附近
液层当中的三种流速的变化情况
其中呢当a小于等于2时
Vy呢有一个近似的表达式
将它呢代入到化简之后的动力学等式之后
就可以得到了A的数值
然后呢对这个偏微分方程利用边界条件
得到呢电极表面的浓度分布
那我们仍然呢仿照前面的处理方法
根据浓度分布在电极表面切线的斜率
可以求得呢扩散层的有效厚度
那求出呢扩散层的有效厚度之后将它呢代入到
理想扩散情况下的动力学公式当中
就得出了旋转圆盘电极的动力学公式
那么由上述公式呢可以看到
由液相传质速度控制的电流
与较速度的-1/2次方成正比
那么今后呢我们就将利用呢这一性质
来判别呢电极反应的控制步骤
-1.1 电极过程动力学的发展
-1.2 电池反应与电极过程
-1.3 电极过程的主要特征及其研究方法
-第一章 课程学习资源
-第一章 讨论
--第一章讨论
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 研究“电极/溶液”界面性质的意义
-2.2 相间电势和电极电势
-2.3 采用理想极化电极研究“电极/溶液”界面结构的实验方法及主要结论
--2.3 采用理想极化电极研究“电极/溶液”界面结构的实验方法及主要结论
-2.4 “电极/溶液”界面模型的发展
-2.5 “固体金属电极/溶液”界面
-2.6 零电荷电势
-2.7 有机分子在“电极/溶液”界面上的吸附
-第二章 课程学习资源
-第二章 讨论
--第二章讨论
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 研究液相中传质动力学的意义
-3.2 有关液相传质过程的若干基本概念
-3.3 理想情况下的稳态过程
-3.4 实际情况下的稳态对流扩散过程和旋转圆盘电极
-3.5 当电极反应速度由液相传质步骤控制时稳态极化曲线的形式
--3.5 当电极反应速度由液相传质步骤控制时稳态极化曲线的形式
-3.6 扩散层中电场对稳态传质速度和电流的影响
-3.7 静止液体中平面电极上的非稳态扩散过程
-3.8 线型电势扫描方法
-3.9 微盘电极
--3.9 微盘电极
-第三章 课程学习资源
-第三章 讨论
--第三章讨论
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 电极电势对电化学步骤反应速度的影响
-4.2 平衡电势与电极电势的“电化学极化”
-4.3 浓度极化对电化学步骤反应速度和极化曲线的影响
-4.4 测量电化学步骤动力学参数的暂态方法
-4.5 相间电势分布对电化学步骤反应速度的影响—“Ψ1”效应
--4.5 相间电势分布对电化学步骤反应速度的影响-“Ψ1”效应
-第四章 课程学习资源
-第四章 讨论
--第四章讨论
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 多电子步骤与控制步骤的“计算数”
-5.2 均相表面转化步骤（一）：前置转化步骤
-5.3 均相表面转化步骤（二）：平行和随后转化步骤
-5.4 涉及表面吸附态的表面转化步骤
-5.5 电极反应机理及其研究方法
-5.6 利用电化学反应级数法确定电极反应历程
-5.7 中间价态粒子的电化学检测
-第五章 课程学习资源
-第五章 讨论
--第五章讨论
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 电解池的等效阻抗
-6.2 交变电流信号所引起的表面浓度波动和电极反应完全可逆时的电解阻抗
--6.2 交变电流信号所引起的表面浓度波动和电极反应完全可逆时的电解阻抗
-6.3 电化学步骤和表面转化步骤对电解阻抗的影响
-第六章 课程学习资源
-第六章 讨论
--第六章讨论
-第六章 作业
--第六章 作业
-期末考试
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