4. Вихідні дані і їх обробка

Вихідні дані роботи програми виводяться в двох формах - в формі рисунка електричного поля на екран , і числові результати – в файл REZ. REZ.

На рисунку відображується система ізоліній густини струму і=const в заданій кількості L, на площині НG (рисунки 3,4). Дві сусідні ізолінії на рисунку відрізняються між собою значенням густини струму на величину і, яку можна підрахувати через максимальне і мінімальне значення (ці числа виводяться і на екран і в файл REZ. REZ)

. (10)

Рис.3. Ізолінії однакової густини струму в елементі з тонкими електродами (числа – порядкові номери ізоліній). L=30. На екрані ізолінії ніяких позначень не мають.

Ізолінії програма будує, починаючи із найбільшого значення і_МАХ. Ця ізолінія на рис.3 має порядковий номер 1, і завжди розташовується поблизу одного з струмовиводів.

Груп ізоліній дві, вони оточують кожний струмопідвід окремо. Якщо струмопідводи розташовані поблизу один від одного, деякі ізолінії з найменшими значеннями густини струму (рис.4 – бокові лінії заштрихованої зони) можуть співпадати.

Якщо товщини електродів ( або питомі опори) не однакові, кількість ізоліній в обох групах буде різною. На рис.3 в групі справа ізолінії починаються з номера 20, тобто густина струму поблизу правого струмовиводу має значення , меншу, ніж на лінії з номером 1. Найменша густина струму спостерігається в тій частині ячейки, яка розташована між останніми ізолініями поля (на рис.3,4 заштрихована).

Із формули (10) видно, що система ізоліній має крок і, пропорційний абсолютному значенню не густин струмів, а різниці . Тому зображення поля має однакову форму як при малих, так і при великих, і не дає кількісної інформації про ступінь нерівномірності розподілу густини струму. Цю інформацію дають лише числові значення максимальної і мінімальної густин струму.

Одночасно з рисунком поля на екран виводиться скорочена група числових даних,

Ці дані частково (і точніше) дублюються також в файлі результатів REZ.REZ:

Рис. 4. Ізолінії однакової густини струму ячейки. Значення товщин електродів з верхнім і нижнім струмопідводом відносяться як 3:1 (а), 1:1 (б), 1:3 (в). Електрохімічний процес локалізовано поблизу струмовідводу тонкого електрода (лімітуючий фактор – опір електрода меншої товщини). L=20

___LPL_________________________________________________________________________

___E,B__U,B____K-A,CM_____X,ЕЛ-T_____R-ПОЛ___R-ЕЛД___РЕЛАКС__EPS________L

1.3 1.0 0.100 0.920 1.000 6.800 1.90 0.000001 70

______H,CM______G,CM____HK,CM.NK....K1.....K2____HA,CM.NA____A1_______A2

50.00 30.00 0.01 1 0.0 3.0 0.01 1 27.0 30.0

33 20 1 3 18 20

___LPL_________________________________________________________________________

Iter 1-2__амп-ф__amп-т__om.Cm2__шаг,cm__не,см__сумм__внеш__ел-ды__внутр

41 1349 4.15 179.71 2.11 1.58 5.18 4.15 0.91 0.13

HХK,cm = 17.610 HXA,cm = 17.610

TMAX,A/cm2= 0.045 TMIN,A/cm2 = 0.001

OTN = 0.976 =(tmax-tmin)/tmax

EPS = 0.000001

Позначення вихідних даних .

ITER 1-2 –Кількість ітерацій на момент закінчення роботи. Два числа – перше для спрощеної грубої сіті, друге – для точного рішення на повній (основній) сіті.

АМП-Ф –Сумарний струм ячейки. Розраховується як інтеграл по всій площі ячейки, або сума струмів усіх елементарних квадратів, (N_G-1)(N_H-1)

. (11)

АМП-T –Умовний теоретичний струм ячейки І_Т. Розраховується за умови, коли густина струму і_Т максимальна, рівномірно розподілена по площі ячейки, (нульовий опір електродного матеріалу, і_MAXi_MIN) і визначається лише локальним поляризаційним опором і опором електроліту згідно з (4).

; .(12)

OM.CM2 -Сума питомих поляризаційних опорів і опору електроліту (питомий внутрішній опір ячейки на 1 см², знаменник в (12))

ШАГ,CM –Розмір елементарного квадрата сіті,  см

або .

НЕ,СМ –Масштаб неоднорідності електричного поля по площі ячейки, для електрода меншої товщини . На екрані і в файлі REZ.REZ два числа – (НХА,НХК), визначені для товщин кожного електрода h_A, h_K окремо (запис для катода):

. (13)

СУММ –Повна потужність, яку генерує хімічне джерело струму. Або – повна вхідна потужність, яка подається в електролізер:

(14)

(тут Е- напруга електролізера, яка більша, ніж напруга розкладу U₀).

ВНЕШ – Потужність, яку ячейка ХДС віддає в зовнішнє коло ( Е– ерс системи, U₀-напруга). Для електролізера – теоретична потужність, яка витрачається на виконання хімічної роботи електролізу (U₀ –напруга розкладу електроліту)

. (15)

ЕЛ-ДЫ – Потужність, яка розсіюється на омічних опорах електродів (головне явище, яке в цій роботі вивчається):

. (16)

ВНУТР – Потужність, яка розсіюється на внутрішньому опорі ячейки

. (17)

TMAX,A/cm2 – Максимальна густина струму (поблизу одного з струмопідводів).

ТMIN,A/cm2 – Мінімальна густина струму (найдалі від струмопідводів).

OTN – Ступінь неоднорідності розподілу густини струму на поверхні електродів, (tmax-tmin)/tmax. Головний вихідний параметр всіх завдань.

4. Завдання

Моделюють електричне поле ячейки, змінюючи конфігурацію геометричного розташування струмовідводів на електродах, товщину електродів, поляризаційний опір, питомий опір електроліту.

Після одержання зображення поля одразу ж потрібно зробити відповідний рисунок для звіту. Якщо в дослідній серії числових експериментів цільові інформаційні елементи містяться в картині поля (наприклад, якщо змінюється положення струмопідводів), роблять і відповідну серію рисунків поля. В кремих варіантах, де форма поля не є головною метою дослідження, досить дати одне зображення.

Далі записують первинні дані розрахунку, наведені в файлі REZ.REZ і частково – на екрані (числа i_MAX та i_MIN на екран виведені лише для швидкої орієнтації, неточно, з двома знаками після коми. Точніші числа – в файлі REZ.REZ ).

5.1. Вивчити залежність від довжини ячейки (горизонталі Н, рис. 5.1) головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Єдиний варіативний параметр – Н, відношення H/G в інтервалі від 0.2/1 до 5/1. Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Струмовідводи розміщувати з одного боку, як на рис. 5.1.

Побудувати графіки =f(Н), І_Ф=f(Н), І_Ф/І_Т =f(Н). Зробити висновки.

Рис.5. Деякі варіанти індивідуальних завдань моделювання електричного поля

5.2. Показати, що при різних ступенях неоднорідності поля =(i_MAX-i_MIN)/i_MAX картина електричного поля (система ізоліній) залишається однаковою. Варійований параметр – питомий опір електродного матеріалу (константу R-ЕЛД змінювати в інтервалі 1-10 ). Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки =f(^), Н_Х=f(^), І_Ф=f(^), І_Ф/І_Т =f(^). Зробити висновки.

5.3. Вивчити залежність від ширини ячейки (вертикалі G, рис. 5.2) головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Єдиний варіативний параметр – G, відношення H/G в інтервалі від 1/02 до 1/5. Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Струмовідводи розміщувати з одного боку, як на рис. 5.2.

Повторити розрахунки для ячейки, де обидва струмовиводи мають координати А1,К1=0, А2,К2=G (на всю ширину ячейки)

Побудувати графіки =f(Н), І_Ф=f(Н), І_Ф/І_Т =f(Н). Зробити висновки.

5.4. Вивчити залежність від ширини струмовиводів, розташованих на вертикалі G, рис. 5.2) головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т . Струмовідводи розміщувати з одного боку, як на рис. 5.2.

Варіативних параметрів чотири – ширина ,  і положення (координати) струмопідводів, =К2-К1, А2-А1. Обов”язкові варіанти такі (координати наведені у відносних одиницях, по відношенню до габаритного розміру вертикалі G)

		К1	К2	А1	А2
1G	0.1G	0	1G	0	0.1G	Вузькі струмовідводи поряд
1G	0.1G	0	1G	0.9G	1G	Вузькі струмовідводи в різних кінцях
1G	0.9G	0	1G	0	1G	Два струмовідводи повної ширини
1G	0.9G	0	1G	0	0.9G	Один струмовідвід широкий

Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки =f(), І_Ф=f(), І_Ф/І_Т =f(). Зробити висновки.

5.5. Вивчити залежність від положення струмовідводів, розташованих на різних сторонах ячейки рис. 5.4) головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Варіативний параметр один –положення (NK) одного з струмопідводів, 1-2-3-4.

Вхідні дані: Н40, G=20, NA=1, A1=0, A2=2. Обов’язкові варіанти такі (координати наведені у абсолютних одиницях)

	К1	К2	NK
1	0	2	1	Струмовідводи співпадають, і максимально віддалені
2	38	40	2
3	0	2	4	Струмовідводи на одній стороні, наближені і віддалені
4	38	40	4
5	0	2	3	Порівняти з варіантом 1

Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Навести рисунок поля (якісно) для різних геометричних положень струмовідводів.

Зробити висновки, порівнюючи значення , І_Ф, І_Ф/І_Т.

5.6. Вивчити залежність від положення струмовідводів головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Варіативний параметр один –положення (N_K) одного з струмопідводів. Вхідні дані: Н40, G=20, N_A=2, A1=0, A2=2. Обов”язкові варіанти такі (координати наведені у абсолютних одиницях)

	К1	К2	NK	Зміщення К3
1	0	2	2	0
2	8	10	2	8
3	18	20	2	18
4	28	30	2	28
5	38	40	2	38

Навести рисунок поля (якісно) для положень струмовідводів вар. 1, 3, 5.

Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки залежності від зміщення струмовідводів =f(К3), І_Ф=f(К3), І_Ф/І_Т =f(К3). Зробити висновки.

5.7. Вивчити залежність від положення струмовідводів (рис.5.6) головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Варіативний параметр один –положення (N_K) одного з струмопідводів. Вхідні дані: Н40, G=20, N_A=2, A1=0, A2=2. Обов’язкові варіанти такі (координати наведені у абсолютних одиницях)

	К1	К2	NK	Зміщення К3
1	0	2	4	0
2	8	10	4	8
3	18	20	4	18
4	28	30	4	28
5	38	40	4	38

Навести рисунок поля (якісно) для положень струмовідводів вар. 1, 3, 5.

Всі інші дані в числових експериментах не змінювати. Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки залежності від зміщення струмовідводів =f(К3), І_Ф=f(К3), І_Ф/І_Т =f(К3). Зробити висновки.

5.8. Для резервного елемента Li-H₂O прийняти значення Е=2.1 В, U₀=1.5 В, R_П= 1 Омсм², =0.8 См/см, ^М= 4. Струмовідводи розташувати на стороні 1 (N_A,N_K=1), G=10 cм, координати А1,К1 =0, А2,К2=10 см. Інші параметри – як в прикладі вхідного файла.

Завдання - підібрати таку довжину електродів Н (6-8-10-12-….см), щоб ступінь нерівномірності розподілу струму по поверхні була близькою до 0.1. Побудудувати графіки =f(Н), І_Ф=f(Н), І_Ф/І_Т =f(Н), потрібну довжину визначити з графіка. Зробити висновки.

5.9. Для резервного елемента Li-H₂O₂ прийняти значення Е=2.9 В, U₀=2.5 В, R_П= 1 Омсм², =0.8 См/см. Струмовідводи розташувати на стороні 1 (N_A,N_K=1), G=10 cм, Н=20 см, координати А1,К1 =0, А2,К2=10 см. Інші параметри – як в прикладі вхідного файла.

Завдання - визначити характер залежності головних вихідних характеристик ячейки від величини питомого опору електродного матеріалу ^М. Побудудувати графіки =f(^М), І_Ф=f(^М), І_Ф/І_Т =f(^М). Зробити висновки.

5.10. Для паливного елемента Н₂-О₂ прийняти значення Е=1.23 В, U₀=0.75 В, R_П= 0.5 Омсм², =0.8 См/см. Струмовідводи розташувати на стороні 1 (N_A,N_K=1), G=10 cм, Н=20 см, координати А1,К1 =0, А2,К2=10 см. Інші параметри – як в прикладі вхідного файла.

Завдання - визначити характер залежності головних вихідних характеристик ячейки від величини питомого опору електродного матеріалу ^М. Побудудувати графіки =f(^М), І_Ф=f(^М), І_Ф/І_Т =f(^М). Зробити висновки.

5.11. Вивчити залежність від поляризаційного опору головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Варіативний параметр один –R_П. Вхідні дані: Н40, G=20, N_A=1,N_K=1, А1,К1=0, А2,К2=5. Обов’язкові варіанти : R_П= 0.5-1-2-5-10-20.

Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки залежності =f(R_П), І_Ф=f(R_П), І_Ф/І_Т f(R_П). Зробити висновки.

5.12. Вивчити залежність від питомого опору електроліту головних характеристик поля – ступеню нерівномірності розподілу густини струму =f(Н), повного струму І_Ф , ефективності використання поверхні І_Ф/І_Т .

Варіативний параметр один –R_П. Вхідні дані: Н40, G=20, N_A=1,N_K=1, А1,К1=0, А2,К2=5. Обов’язкові варіанти : R_П= 0.5-1-2-5-10-20.

Як базовий варіант інших вхідних даних використати наведений приклад файла LPL.DAT.

Побудувати графіки залежності =f(R_П), І_Ф=f(R_П), І_Ф/І_Т f(R_П). Зробити висновки.

Література

1. Кошель Н.Д. Моделирование на ЭВМ элементов электрохимической технологии. –Киев: УМК ВО. -1992. с.133-148, 271-277.

2. Кошель М.Д. Теоретичні основи електрохімічної енергетики, Дніпропетрогвськ,

УДХТУ, 2002. С.244-257, 316-323.

15