[发明专利]基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法

权利要求书

1.基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，针对某换流站所采用的并联水路冷却的换流阀阀段内冷系统结构，确定阀段水路电极反应的物理模型结构，并根据运行工况，进而建立阀段水路电极反应的计算模型；

步骤二，利用水路几何参数、去离子水水质参数以及换流阀运行时工作电压值设置电极电位和去离子水电位的初始值及边界条件；

步骤三，结合去离子水流场与浓度场特性、电极动力学边界条件、电极垢层膜阻影响、双电层电容的非线性特性，构建电极反应模型；

步骤四，基于沉积量与反应电流密度关系的法拉第定律，求解电极结垢厚度；

步骤五，根据上述步骤，分别数值计算不同电压等级、不同去离子水流速、不同[Al(OH)₄]^-离子浓度下的水路电极反应，并求解计算电极结垢厚度。

2.根据权利要求1所述的基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，步骤一中，所述的阀段水路电极反应的物理模型结构包括：两支铂电极、带有水接头的水管和去离子水，所述的水管内通去离子水，两支铂电极安装在水管上；所述的阀段水路电极反应为：

阳极：4[Al(OH)₄]^--4e^-→2Al₂O₃↓+8H₂O+O₂↑_，

阴极：O²+2H₂O+4e^-→4OH^-。

3.根据权利要求1所述的基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，步骤二中，所述的水路几何参数包括：水管的长度、直径，电极的安装位置、电极的长度及插入水管深度。

4.根据权利要求1所述的基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，步骤二中，所述的去离子水水质参数包括：去离子水电导率、[Al(OH)₄]^-离子的浓度。

5.根据权利要求1所述的基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，步骤二中，所述的电极电位和去离子水电位的初始值及边界条件的具体情况为：

1)初始值

基于有限元分析方法，为求解收敛，阳极电势设置为阳极表面边界条件的电位值；阴极电极接地，去离子水电位为阴极电极反应平衡电位的负值，即：

表示电极电位；表示去离子水电位；表示阴极电极反应平衡电位；

2)边界条件

考虑均压电极与散热器连接，而散热器紧邻晶闸管，因此电极上的电压波形与换流阀运行时的电压波形一致，所以采用半波正弦电压；

阳极表面：

阴极表面：

6.根据权利要求1所述的基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其特征在于，步骤三中，所述的电极动力学边界条件为：采用表征过电位与反应电流关系的巴特勒-沃尔默方程：

式中，i_loc指局部反应电流密度，A/m²；i_o指交换电流密度，A/m²；α_a为阳极交换系数，α_c为阴极交换系数，F为法拉第常数，C/mol；η为过电势，V；R为气体常数，J/(K·mol)；T为热力学温度，K；

阳极Tafel方程为：

式中，A_c为Tafel斜率；η为过电势，V；i_o指交换电流密度，A/m²，其中阳极电极反应用巴特勒-沃尔默方程表征，阴极电极反应由于过电势η小，因此采用阳极Tafel方程表征；

考虑电极反应过程的电化学极化，过电势

式中，Eeq表示电极反应的平衡电位，V；表示电极电位；表示去离子水电位。