Постоянный ток: КПД источника

Снова нас ждет определение внутреннего сопротивления источника, но задачки поинтереснее. Здесь обязательно будем применять либо выделившуюся в виде тепла энергию, либо мощность. Также определим КПД источника тока.

Задача 1. Аккумулятор с ЭДС В и внутренним сопротивлением  Ом замкнут медной проволокой, масса которой г. Сопротивление проволоки подобрано так, что во внешней цепи выделяется наибольшая мощность. На сколько градусов нагреется проволока в течение мин? Потерями тепла пренебречь. 12.176.

Наибольшая мощность выделяется тогда, когда , то есть сопротивление проволоки равно 1 Ом. Ток в цепи тогда будет равен

   

Следовательно¸ за пять минут выделится количество теплоты, равное

   

Так как , то

   

Откуда

   

Ответ: на 30 градусов.
Задача 2. При подключении лампочки к источнику тока с ЭДС В напряжение на ней В. Найти КПД источника тока.

Так как на лампочке падает 8 В, то на внутреннем сопротивлении  – 2. Таким образом, сопротивление лампы в четыре раза больше внутреннего сопротивления источника. Тогда можно записать:

   

Ответ: 80%.
Задача 3. К источнику тока, внутреннее сопротивление которого Ом, подключен резистор сопротивлением Ом. Найти коэффициент полезного действия источника тока.

Задача аналогична предыдущей – ответ 90%.

Задача 4. При подключении к источнику тока резистора Ом, а затем последовательно с ним резистора Ом коэффициент полезного действия возрос в раза. Определить сопротивление источника тока.

Запишем КПД при подключении первого резистора:

   

А при подключении двух:

   

По условию , поэтому

   

   

Подставим числа и решим:

   

   

   

   

Ответ: 32,4 Ом.

Задача 5. Лампочки, сопротивления которых Ом и Ом,
подключенные поочередно к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника тока и КПД цепи в каждом случае. 12.180.

Ток в первом случае:

   

Во втором случае:

   

Мощности в обоих случаях:

   

   

Удобно здесь сократить на и сразу извлечь корни:

   

   

   

КПД цепи в первом случае равен

   

А во втором

   

Ответ: Ом, , .

Задача 6. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи, состоящей из трех источников тока, если и .

К задаче 6

Внутренние сопротивления просто сложим (соединены последовательно):

   

Чтобы найти ЭДС, обратим внимание, что источники включены «неправильно», поэтому ЭДС будет равна

   

Ответ: , .

ТОЭ Лекции — №10 Линия электропередачи постоянного тока

Если линия электропередачи имеет небольшую длину, при которой можно пренебречь утечкой тока через изоляцию, то ее электрическую схему можно представить в виде последовательного соединения сопротивления линии RЛ, равного суммарному сопротивлению прямого и обратного проводов, и сопротивления нагрузки RН (рис. 10.1).

При анализе работы линии нас интересуют, главным образом, три вопроса: напряжение на нагрузке, величина передаваемой мощности и коэффициент полезного действия передачи. Режимы работы линии удобно рассматривать в виде зависимостей различных величин от тока в линии, равного :

I=U1/(R0+RH)

Падение напряжения в линии ΔU и напряжение на нагрузке U2 определяются следующими выражениями:

Если U1 и RЛ постоянны, то оба выражения представляют собой линейные функции тока (рис. 10.2). В режиме холостого хода (при I = 0) ΔU = 0, а U2 = U1. С ростом тока падение напряжения в линии возрастает, а напряжение на нагрузке уменьшается, и в режиме короткого замыкания (при RН = 0)

Все входное напряжение гасится на сопротивлении линии.

Мощность на входе линии линейно зависит от тока: P1 = U1*I. При холостом ходе она равна нулю, а при коротком замыкании вычисляется по формуле

Потери мощности в линии ΔP=I2Rл представляют собой квадратичную функцию тока. Ее график – парабола, проходящая через начало координат.

При I = 0: ΔP = 0;

при I = Iк:

т.е. в режиме короткого замыкания мощность, поступающая в цепь, полностью теряется в линии.

Мощность, поступающая в нагрузку, равна разности мощности в начале линии и мощности, теряемой в проводах:

Последнее выражение представляет собой уравнение параболы со смещенной вершиной и с обращенными вниз ветвями, проходящими через точки I = 0 и I = IK.

Мощность нагрузки представляет собой довольно сложную зависимость от сопротивления RН:

При RН =0: Р2 = 0; при возрастании RН мощность Р2 сначала возрастает, достигает максимального значения и начинает убывать, стремясь к нулю при RН→∞ (рис. 1.25).

Выясним, при каком сопротивлении нагрузки передаваемая ей мощность максимальна. Для этого продифференцируем функцию (1.15) по RН и приравняем ее к нулю:

Приравняв к нулю числитель производной, получим:

Или Rн = Rл.

То есть мощность, получаемая нагрузкой, максимальна, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии.

Ток, протекающий при этом по линии составляет половину тока короткого замыкания, а мощность в конце линии равна:

Коэффициент полезного действия равен отношению мощностей в начале и конце линии:

Из данной формулы следует, что коэффициент полезного действия передачи определяется отношением сопротивлений линии и нагрузки.

При их равенстве, когда нагрузке передается максимальная мощность, η = 0,5 = 50 %. Этот режим, при котором теряется половина передаваемой энергии, на практике, естественно, не пригоден. В реальных линиях при передаче больших мощностей КПД составляет примерно 0,94–0,97.

При этом сопротивление нагрузки значительно больше сопротивления линии.

Для анализа режимов электропередачи полезной оказывается еще одна формула. Так как

то

То есть при одной и той же мощности нагрузки Р2, потери ΔР пропорциональны сопротивлению линии и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Для увеличения коэффициента полезного действия передачи необходимо повышение напряжения и снижение электрического сопротивления проводов линии путем увеличения их сечения и применения материалов с меньшим удельным сопротивлением.

Пример 1.6. Линия электропередачи с проводами марки А-120 длиной l = 1000 км питает нагрузку мощностью Р2 = 50 МВт. Каким должно быть напряжение в начале линии, чтобы КПД передачи был не ниже 90 %?

Р е ш е н и е. Сопротивление одного километра провода марки А-120 R0 = 0,27 Ом/км. Суммарное сопротивление прямого и обратного проводов линии составляет RЛ = 2lR0 = 540 Ом.

Принимая η = 0,9, из формулы (1.

17) получаем:

Так как

Для выполнения условий задачи напряжение в начале линии должно быть не ниже 548 кВ.

КПД электродвигателей | Полезные статьи

Электрическими двигателями переменного или постоянного тока комплектуются приводы станков, насосов и вентиляторов, а также других механизмов, используемых на предприятиях тяжелой и легкой промышленности. Рентабельность производства напрямую зависит от себестоимости продукции, на которую в большой степени влияет эффективность эксплуатации оборудования, поэтому КПД и мощность электродвигателя являются основными параметрами, на основании которых выполняется подбор привода.

Определение КПД электродвигателя

Принцип работы любой электрической машины основан на преобразовании энергии тока, протекающего по обмоткам статора и создающего магнитное поле, во вращение ротора. Коэффициент полезного действия

(КПД) электродвигателя определяется соотношением вырабатываемой им механической мощности на валу (p2) к полной мощности, потребляемой из сети (p1) и выражается в процентах:

η=p2/p1*100%

Исходя из формулы, следует, что чем ближе этот параметр к единице, тем выше будет эффективность использования оборудования.

Факторы, влияющие на величину КПД

Коэффициент полезного действия никогда не может быть равным единице, так как существуют неизбежные потери, снижающие полезную мощность. Они делятся на три группы:

• электрические;
• магнитные;
• механические.

Электрические потери зависят от степени нагрузки двигателя и являются следствием нагрева обмоток статора, вызванного работой тока по преодолению электрического сопротивления проводников, из которых они выполнены. Поэтому максимальный КПД электродвигателя достигается, когда нагрузка на двигатель составляет 75% от максимальной расчетной величины.

Магнитные потери происходят из-за неизбежного перемагничивания активного железа статора и ротора, а также возникновения в нем вихревых токов.

Третья группа обусловлена наличием трения в подшипниках, на которых вращается вал, а также сопротивлением, оказываемым воздухом крыльчатке вентилятора и самому ротору (якорю). Из-за наличия щеточно-коллекторного узла КПД электродвигателя постоянного тока несколько ниже коэффициента полезного действия машин с короткозамкнутым ротором. Это также относится к асинхронным электродвигателям с фазным ротором из-за дополнительного трения щеток об контактные кольца.

Способы повысить КПД двигателя

Следует помнить, что реальный коэффициент полезного действия может несколько отличатся от паспортных величин, указанных на шильдике двигателя. Чтобы выполнить расчет КПД электродвигателя в реальных условиях эксплуатации, необходимо учитывать неравномерность распределения питающего напряжения в фазах. В зависимости от величины асимметрии падение полезной мощности может достигать 5-7%.

Увеличение КПД электрической машины возможно только за счет снижения потерь и контроля качества силовой сети.

Механические потери можно уменьшить благодаря более качественным подшипникам, установки крыльчатки вентилятора, выполненной из современных материалов для уменьшения сопротивлению воздуху. Нагрев обмоток можно уменьшить благодаря использованию обмоточных проводов, выполненных из очищенной меди, имеющих меньшее сопротивление.

Снизить потери на перемагничивание активного железа и минимизировать влияние вихревых токов можно используя для набора сердечника необходимо использовать качественную электромагнитную сталь с надежной изоляцией. Кроме того, ведутся работы по разработке наилучшей геометрии зубцов статора, благодаря которым будет увеличена концентрация магнитного поля.

В реальности КПД асинхронного электродвигателя можно несколько увеличить за счет использования частотного преобразователя, позволяющего оптимизировать расход электроэнергии. Следует помнить, что эффективность эксплуатации двигателя с КПД 98% сильно упадет, если его использовать для приведения в движения механизма, имеющего более низкий коэффициент полезного действия.

Кпд источника тока формула | Домострой

Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает работу. Различают полезную и полную работу источника тока. Полезная работа – это та, которую совершает источник по перемещению зарядов во внешней цепи; полная работа – это работа источника по перемещению зарядов во всей цепи:

— полезная работа;

— полная работа.

Соответственно этому, различают полезную и полную мощность источника тока:

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока называют отношение:

Выясним, при каком сопротивлении внешней цепи

полезная мощность максимальна.

Имеем:

, где ;

откуда .

Условие

называется условием согласования источника и нагрузки. В этом случае мощность, выделяемая источником во внешней цепи, максимальна. Отметим, что при выполнении условия согласования КПД источника тока , то есть максимальная полезная мощность и максимальный КПД несовместимы. Из приведенного графика видно также, что одну и ту же полезную мощность можно получить при двух различных сопротивлениях внешней нагрузки .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10091 —

| 7528 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.

Она определяется по формуле

где P_об-полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, вт;

Е- э. д. с. источника, в;

I-величина тока в цепи, а.

В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R (сопротивлением источника тока).

Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью P_пол=UI.

Величина U_oI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, Ее называют мощностью потерь P_o=U_oI.

Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь P_об=P_пол+P_0.

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η.

Из определения следует

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

Если выразить мощности через величину тока и сопротивления участков цепи, получим

Таким образом, к. п. д. зависит от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением потребителя.

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Для практической электротехники особый интерес представляют два вопроса:

1. Условие получения наибольшей полезной мощности

2. Условие получения наибольшего к. п. д.

Наибольшую полезную мощность( мощность на нагрузке) электрический ток развивает в том случае, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока.

Эта наибольшая мощность равна половине всей мощности (50%) развиваемой источником тока во всей цепи.

Половина мощности развивается на нагрузке и половина развивается на внутреннем сопротивлении источника тока.

Если будем уменьшать сопротивление нагрузки, то мощность развиваемая на нагрузке будет уменьшаться а мощность развиваемая на внутреннем сопротивлении источника тока будет увеличиваться.

Если сопротивление нагрузки равно нулю то ток в цепи будет максимальным, это режим короткого замыкания (КЗ). Почти вся мощность будет развивается на внутреннем сопротивлении источника тока. Этот режим опасен для источника тока а также для всей цепи.

Если сопротивление нагрузки будем увеличивать, то ток в цепи будет уменьшатся, мощность на нагрузке также будет уменьшатся. При очень большом сопротивлении нагрузки тока в цепи вообще не будет. Это сопротивление называется бесконечно большим. Если цепь разомкнута то ее сопротивление бесконечно большое. Такой режим называется режимом холостого хода.

Таким образом, в режимах, близких к короткому замыканию и к холостому ходу, полезная мощность мала в первом случае за счет малой величины напряжения, а во втором за счет малой величины тока.

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен 100% при холостом ходе ( в этом случае полезная мощность не выделяется, но в то же время и не затрачивается мощность источника).

По мере увеличения тока нагрузки к. п. д. уменьшается по прямолинейному закону.

В режиме короткого замыкания к. п. д. равен нулю ( полезной мощности нет, а мощность развиваемая источником, полностью расходуется внутри него).

Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать выводы.

Условие получения максимальной полезной мощности( R=R_{) и условие получения максимального к. п. д. (R=∞) не совпадают. Более того, при получении от источника максимальной полезной мощности ( режим согласованной нагрузки) к. п. д.составляет 50%, т.е. половина развиваемой источником мощности бесполезно затрачивается внутри него.}

В мощных электрических установках режим согласованной нагрузки является неприемлемым, так как при этом происходит бесполезная затрата больших мощностей. Поэтому для электрических станций и подстанций режимы работы генераторов, трансформаторов, выпрямителей рассчитываются так, чтобы обеспечивался высокий к. п. д. ( 90% и более).

Иначе обстоит дело в технике слабых токов. Возьмем, например, телефонный аппарат. При разговоре перед микрофоном в схеме аппарата создается электрический сигнал мощностью около 2 мвт. Очевидно, что для получения наибольшей дальности связи необходимо передать в линию как можно большую мощность, а для этого требуется выполнить режим согласованного включения нагрузки. Имеет ли в данном случае существенное значение к. п. д.? Конечно нет, так как потери энергии исчисляются долями или единицами милливатт.

Режим согласованной нагрузки применяется в радиоаппаратуре. В том случае, когда согласованный режим при непосредственном соединении генератора и нагрузки не обеспечивается, применяют меры согласования их сопротивлений.

Для работы электронных и электрических устройств необходимо подключать их к источникам питания. Источники питания могут быть как стационарные, так и автономные. В качестве питающих устройств используются гальванические элементы или преобразователи электроэнергии. И те, и другие являются источниками тока или напряжения.

Что такое источник тока

Это устройство или элемент, в общем понимании – двухполюсник, у которого проходящий через него ток не зависит от величины напряжения на полюсах. Основные характеристики источника тока (ИТ):

• величина;
• внутренняя проводимость (импеданс).

Внутреннее сопротивление такого двухполюсника очень мало. У идеального источника (ИИТ) оно приближается к нулю.

Генераторы движения электронов могут быть как независимыми, так и зависимыми.

Первые представляют собой идеальный двухполюсник, с двумя зажимами. У них ток, движущийся от одного зажима к другому, не зависит от формы и величины разности потенциалов на зажимах. Его изменения происходят по своим законам.

Второй тип ИТ – идеальный двухполюсник, с двумя зажимами, у которого движение зарядов от одного зажима к другому зависит от формы и величины напряжения на этих зажимах.

Существует управляемый зависимый ИТ. Он представляет собой идеальный двухполюсник, имеющий 2 зажима на входе и 2 зажима на выходе. Его особенность в том, что выходное значение тока на выходе зависит от его величины на входе. В таком ИТ происходит усиление мощности. Изменяя нулевое значение мощности на его входе, управляют величину мощности на выходных зажимах.

Информация. Управление производителем энергии может осуществляться напряжением (ИТУН) или током (ИТУТ). Одни находят применение для полевых триодов и электровакуумных ламп, вторые – для транзисторов биполярного типа.

В реальности генераторы тока имеют определённые ограничения по напряжению. Они далеки от идеальных ИТ и создают движение электричества в таком интервале напряжений, где их верхняя граница зависит от Uпит ИТ. Следовательно, у реального источника тока есть существенные пределы по нагрузке.

КПД электрической цепи

Выполняя продвижения зарядов через замкнутую цепь, двухполюсник проделывает некоторую работу. Когда генератор двигает заряды по внешнему контуру цепи, то это полезная работа. Когда ИТ продвигает электрические носители по всей цепи, говорят о полной работе.

Внимание! В этой цепочке перемещения зарядов особое значение имеет КПД (коэффициент полезного действия) источника. Он равен соотношению сопротивлений внешней цепи и полному сопротивлению цепи.

Обращая внимание на КПД электроцепи, нужно отметить, что он напрямую зависит от физических величин, определяющих скорость передачи или трансформации электрической энергии. Одной из таких величин является мощность Р (Вт).

Формулы мощности:

P = U * I = U2/R = I2 * R,

где:

• U – напряжение на нагрузке, В;
• I – ток, А;
• R – сопротивление нагрузки, Ом.

Для разных цепей значения напряжения и сила тока различаются, следовательно, производимая ими работа будет разной. Когда предстоит оценить скорость передачи и преобразования электрического тока, то обращают внимание на Р. Она соответствует работе, проделанной за единицу времени:

где:

• P – мощность, Вт;
• A – работа, Дж;
• ∆t – временной интервал, с.

Исходя из этой формулы, чтобы найти работу А, нужно умножить Р на время:

Чтобы найти КПД (η) электроцепи, нужно найти отношение полезно потраченной энергии к количеству всей энергии, поданной в цепь. Формула для расчёта:

где:

• А – проделанная потребителем работа, Дж;
• Q – количество энергии, взятой от источника, Дж.

Важно! КПД не может быть выше единицы. В основном он или равен ей, или меньше её. Этому причина – Закон сохранения энергии. Согласно ему, полезная совершённая работа никогда не превысит затраты энергии, необходимые для её выполнения.

Наглядно это можно объяснить на примере электрической цепи, в которую включен проводник, имеющий определённое сопротивление. При прохождении электричества через цепь часть энергии будет рассеиваться на проводнике, превращаясь в тепло и нагревая его. Потери мощности будут зависеть от величины этого сопротивления.

Что такое КПД ИТ

Когда речь идёт о кпд источника тока, также рассматривают полезную и полную работу, совершаемую двухполюсником. Перемещая электроны во внешней цепи, он выполняет полезную работу, двигая их по всей цепи, включая и свою внутреннюю, он производит полную работу.

В виде формул это выглядит так:

• А полезн. = q*U = I*U*t = I2*R*t;
• А полн. = q*ε = I* ε*t = I2*(R+r)*t.

где:

• q – количество энергии, Дж;
• U – напряжение, В;
• ε – ЭДС, В;
• I – ток, А;
• R – сопротивление нагрузки, Ом;
• r – импеданс источника, Ом;
• t – время, за которое совершается работа, с.

С учётом этого можно выразить мощности двухполюсника:

• Р полезн. = А полезн./t = I*U = I2*R;
• P полн. = А полн./t = I*ε = I2*(R+r).

Формула кпд источников тока имеет вид:

η = Р полезн./P полн.= U/ε = R/ R+r.

Исследование мощности и КПД генератора тока

Максимальная полезная Pmax и максимальный КПДmax – несовместимые понятия. Нельзя добиться максимального КПД источника при максимальной мощности. Это обусловлено тем, что Р, отдаваемая двухполюсником, достигнет своего максимального значения только при условии согласования сопротивления нагрузки и внутреннего импеданса ИТ:

В этом случае КПД источника будет:

η = R/ R+r = r/ r+r = 1/2, что составляет всего 50%.

Для согласования двухполюсника и нагрузки применяют электронные схемы или согласующие блоки, для того чтобы добиться максимального отбора мощности от источника.

Мощность ИТ и внутреннее сопротивление

Можно собрать последовательную схему, в которую войдут гальванический двухполюсник и сопротивление нагрузки. Двухполюсник, имеющий внутренний импеданс r и ЭДС – Е, отдаёт на внешнюю нагрузку R ток I. Задача цепи – питание электричеством активной нагрузки, выполняющей полезную работу. В качестве нагрузки может быть применена лампочка или обогреватель.

Рассматривая эту цепь, можно определиться с зависимостью полезной мощности от величины сопротивления. Для начала находят R-эквивалентное всей цепи.

Оно выглядит так:

Движение электричества в цепи находится по формуле:

В таком случае Р ЭДС на выходе составит Рвых. = E*I = E²/(R + r).

Далее можно найти Р, рассеиваемую при нагреве генератора из-за внутреннего сопротивления:

Pr = I² * r = E² * r/(R + r)².

На следующем этапе определяются с мощностью, отбираемой нагрузкой:

PR = I² * R = E² * R/(R + r)².

Общая Р на выходе двухполюсника будет равна сумме:

Это значит, что потери энергии изначально происходят при рассеивании на импедансе (внутреннем сопротивлении) двухполюсника.

Далее, чтобы увидеть, при какой величине нагрузки достигается максимальная величина полезной мощности Рполезн., строят график.

При его рассмотрении видно, что самое большое значение мощности – в точке, где R и r сравнялись. Это точка согласования сопротивлений генератора и нагрузки.

Внимание! Когда R > r, то ток, возникающий в цепи, мал для передачи энергии нагрузке с достаточной скоростью. При R Видео

Работа и мощность тока

Когда ток проходит по однородному участку цепи, электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протечет заряд Δq = I Δt.

Определение 1

 Электрическое поле на выделенном участке совершит работу 

∆A=(φ1-φ2)∆q=∆φ12I∆t=UI∆t,

где U = Δφ12 обозначает напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Интерпретация закона сохранения энергии. Закон Джоуля-Ленца

Закон Ома для однородного участка цепи при сопротивлении R отражает формула:

RI=U

Умножим обе части выражения на IΔt и получим соотношение: 

RI2∆t=UI∆t=∆A.

Полученный результат является выражением закона сохранения энергии для однородного участка цепи.

Определение 2

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

∆Q=∆A=RI2∆t

Данный закон называется законом Джоуля-Ленца.

Закон носит название сразу двух известных физиков, поскольку экспериментальным путем был установлен ими обоими в независимости друг от друга.

Определение 3

Мощность электрического тока есть отношение работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была произведена.

Можно сказать проще: мощность – это работа, выполненная в единицу времени. Запишем формулу, связывающую работу тока и его мощность: 

P=∆A∆t=UI=I2R=U2R

Работу электрического тока выражают в джоулях (Дж), мощность тока измеряется в ваттах (Вт), время – в секундах (с): 1 Вт=1 Дж1 с. Измерение мощности тока происходит при помощи ваттметра, а работа находится расчетно как результат перемножения силы тока, напряжения и времени протекания тока по цепи: A=IUt.

Следующей разберем полную цепь постоянного тока, включающую в себя источник с электродвижущей силой δ и внутренним сопротивлением rи внешний однородный участок с сопротивлением R. 

Определение 4

Закон Ома для полной цепи выглядит так:

(R+r)I=δ

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Перемножим обе части выражения с Δq=IΔt и получим соотношение, которое будет служить выражением закона сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:

RI2∆t+rI2∆t=δI∆t=∆Aст

Левая часть выражения содержит ΔQ=RI2Δt (тепло, которое выделяется на внешнем участке цепи за время Δt) и ΔQист=rI2Δt (тепло, которое выделяется внутри источника за такое же время).

Выражение δIΔt является равным работе сторонних сил ΔAст, которые действуют внутри источника.

Определение 5

При протекании электрического тока по замкнутой цепи происходит преобразование работы сторонних сил ΔAст в тепло, которое выделяется во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист). 

∆Q+Qист=∆Aст=δI∆t

Необходимо отметить следующий факт: в указанное соотношение не включена работа электрического поля. Когда ток проходит по замкнутой цепи, электрическое поле работы не совершает; значит тепло производится лишь посредством сторонних сил, которые действуют внутри источника. Электрическое поле здесь выполняет перераспределение тепла между различными участками цепи.

Внешней цепью может служить не только проводник с сопротивлением R, но и какое-то устройство, которое потребляет мощность, к примеру, электродвигатель постоянного тока. Тогда R необходимо расценивать как эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, которая выделится во внешней цепи, имеет возможность частично или полностью преобразоваться как в тепло, так и в иные виды энергии, к примеру, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Таким образом, тема использования энергии источника тока имеет важное практическое значение.

Коэффициент полезного действия источника

Полная мощность источника (или работа, которая производится посредством сторонних сил за единицу времени) составляет:

Pист=δI=δ2R+r

Внешняя цепь выделяет мощность:

P=RI2=δI-rI2=δ2R(R+r)2

Определение 6

Отношение η=PPист равное η=PPист=1-rδI=RR+r, носит название коэффициента полезного действия источника.

На рис. 1.11.1 изображена зависимость мощности источника Pист, полезной мощности P, которая выделяется во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной δ, и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи имеет возможность меняться в пределах от I=0 (при R=∞) до I=Iкз=δr (при R = 0).

Рисунок 1.11.1. Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока.

Изображенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи Pmax, составляющая Pmax=δ24r, может быть достигнута при R=r. При этом ток в цепи есть Imax=12Iкз=δ2r; коэффициент полезного действия источника составляет 50%. Максимальное значение КПД будет достигнуто при I→0, т. е. при R→∞. При коротком замыкании полезная мощность P=0 и вся мощность выделятся внутри источника, что с большой вероятностью может обернуться его перегревом и разрушением. КПД источника в этом случае обратится в нуль.

§38. Мощность и коэффициент полезного действия электрических машин

Потери мощности в электрических машинах. Преобразование
механической энергии в электрическую в генераторе и электрической энергии в механическую в двигателе сопровождается некоторыми потерями энергии, которые выделяются в виде тепла, нагревая электрическую машину.

Энергетические диаграммы генератора и двигателя (рис. 145) наглядно показывают баланс мощности в этих машинах. Как видно из них, при работе электрической машины возникают потери мощности: электрические, магнитные, механические и добавочные.

Электрические потери ?Р_эл появляются в результате того, что каждая обмотка (в машине постоянного тока обмотки якоря, возбуждения, добавочных полюсов и компенсационная) обладает определенным сопротивлением, препятствующим прохождению по ней электрического тока. Как было показано в § 13, они пропорциональны сопротивлению данной обмотки и квадрату протекающего по ней тока, т. е. сильно возрастают с увеличением нагрузки машины. Электрические потери вызывают нагрев проводов обмоток. К электрическим потерям относятся также потери, возникающие при протекании тока через щетки и через переходное сопротивление между щетками и коллектором; они вызывают нагрев коллектора и щеток.

Магнитные потери ?Р_М (потери в стали) возникают в сердечниках якоря и полюсов (главным образом, в полюсных наконечниках) в результате перемагничивания стали этих сердечников и образования в них вихревых токов. Перемагничивание стали сердечника якоря происходит потому, что при вращении якоря каждая его точка попеременно проходит то под северным, то под южным полюсам. Перемагничивание стали полюсных наконечников вызывается в результате изменения магнитной индукции в воздушном зазоре машины в пределах ±?В при вращении зубчатого якоря (рис. 146). При этом в прилегающих к зазору ферромаг-

Рис. 145. Энергетические диаграммы машины постоянного тока при работе ее в режиме генератора (а) и электродвигателя (б)

нитных элементах магнитной системы (полюсных наконечниках и зубцах якоря) индуцируются вихревые токи, изменяющиеся с высокой частотой (1000 Гц и более) и сосредоточенные, главным образом, на их поверхности. Поэтому потери мощности, созданные этими токами, называют поверхностными.

В машинах, имеющих зубцы на статоре и роторе (машины постоянного тока с компенсационной обмоткой, асинхронные и синхронные), при вращении ротора создаются заметные пульсации индукции в зубцах, что также приводит к образованию вихревых токов и соответствующим потерям мощности. Эти потери называют пульсационными. Магнитные потери возникают также и в стальных бандажах, укрепляющих обмотку якоря, которые при вращении якоря пересекают силовые линии магнитного поля машины. Магнитные потери вызывают нагрев сердечника якоря и полюсов, они почти не зависят от нагрузки машины, но резко возрастают с увеличением частоты перемагничивания, т. е. частоты вращения якоря.

Механические потери ?P_МХ возникают в результате трения: в подшипниках, щеток по коллектору, деталей машины о воздух в процессе вентиляции. Эти потери вызывают нагрев подшипников, коллектора и щеток, с увеличением нагрузки они возрастают незначительно. При повышении частоты вращения якоря электрической машины механические потери резко возрастают.

Добавочные потери ?P_доб обусловливаются различными вторичными явлениями, имеющими место при работе электрических машин под нагрузкой: возникновением вихревых токов в проводниках обмотки якоря, неравномерным распределением тока по сечению проводников и индукции в воздушном зазоре машины, воздействием коммутационных токов (в машинах постоянного тока) и переменных потоков рассеяния (в машинах переменного тока), которые индуцируют вихревые токи в крепежных деталях, и др.

При работе электрической машины под нагрузкой ее проводники, лежащие в пазах ротора и статора, пронизываются продольным и поперечным пазовыми потоками (рис. 147). При вра-

Рис. 146. Распределение индукции в воздушном зазоре машины с зубчатым якорем

Рис. 147. Схема возникновения продольных (а) и поперечных (б) потоков

Рис. 148. Вытеснение тока в верхнюю часть проводников обмотки якоря (а) и распределение плотности тока ?i по их высоте h (б)

щении якоря эти потоки индуцируют в проводниках вихревые токи, так как якорь, непрерывно перемещаясь, проходит под различными полюсами, вследствие чего все время изменяются и пронизывающие его продольный и поперечный пазовые потоки. То же происходит и при изменении тока в проводниках, т. е. нагрузки машины.

Вихревые токи не только увеличивают электрические потери в проводниках обмоток, но и приводят к неравномерному распределению тока по сечению проводников, вызывая вытеснение тока в более удаленные от дна паза слои. Это явление возникает из-за действия индуцируемых поперечными пазовыми потоками э. д. с. самоиндукции e_L (рис. 148, а), которые стремятся противодействовать прохождению по проводникам тока нагрузки i_я. В нижних слоях каждого проводника индуцируются большие э. д. с. e_L, чем в верхних, так как их охватывает большое количество силовых магнитных линий (от нижней части паза до рассматриваемого слоя). Поэтому ток, проходящий по проводникам, несколько вытесняется в верхнюю часть и плотность тока ?i, этой части увеличивается (рис. 148,б). В этом отношении условия прохождения постоянного тока по проводникам обмотки якоря аналогичны условиям прохождения переменного тока, который, как это будет подробно рассмотрено ниже, всегда стремится проходить по наружным слоям проводника. Неравномерное распределение тока по поперечному сечению проводника создает добавочные потери мощности, так как при этом как бы уменьшается площадь поперечного сечения и увеличивается электрическое сопротивление проводников.

Для уменьшения добавочных потерь, связанных с этим явлением, в тяговых двигателях стремятся уменьшить высоту проводников обмотки якоря. Для этого проводники разделяют по высоте паза на две-три параллельно соединенные части (рис. 149, а) или располагают их в пазах плашмя (рис. 149,б). При разделении проводников на несколько частей каждую из них изолируют отдельно, для того чтобы вихревые токи замыкались только в пределах одной части.

Коэффициент полезного действия. Соотношение между потребляемой и отдаваемой машиной мощностями характеризуется коэффициентом полезного действия:

для генератора

? = P_эл/P_мх = P_эл/(P_эл+?P)

для двигателя

? = P_мх/P_эл = P_мх/(P_мх+?P)

где ?Р — суммарные потери мощности.

К. п. д. стационарных машин постоянного тока колеблется в зависимости от мощности машины в пределах от 0,75 до 0,95 (машины большой мощности имеют более высокий к. п. д.). К. п. д. тяговых двигателей составляет 0,86—0,92, к. п. д. тепловозных генераторов — 0,92—0,94.

При изменении нагрузки отдельные виды потерь изменяются по-разному. Электрические потери ?Р_эл в обмотках, по которым проходит ток нагрузки I_я (обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной), изменяются пропорционально I_я, электрические потери в щеточном контакте ?Р_щ.эл — пропорционально I_я, а магнитные ?Р_м и механические ?Р_мх остаются практически постоянными — такими же, как и при холостом ходе, если напряжение машины U и частота ее вращения п не изменяются. По этому принципу все виды потерь можно разделить на две группы: постоянные потери ?P_пост = ?Р_м +?Р_мх и переменные ?Р_пер = ?Р_эл + ?Р_щ.эл, которые можно считать пропорциональными квадрату тока нагрузки I_я² (обычно значение потерь ?Р_щ.эл мало по сравнению с ?Р_эл) .

Формула для определения к. п. д. принимает вид

? = P₂/P₁ = P₂ / (P₂+?Р_пер+?P_пост)

где

Р₂ — полезная мощность, отдаваемая машиной (Р_ЭЛ в генераторах и Р_МХ— электродвигателях) ;

P₁ — потребляемая машиной мощность.

При холостом ходе полезная мощность Р₂ = 0, поэтому к. п. д. тоже равен нулю (рис. 150). При малых нагрузках магнитные и механические потери, оставаясь постоянными, имеют относительно большое значение по сравнению с полезной мощностью и к. п. д. незначителен. В дальнейшем с увеличением нагрузки полезная мощность Р₂ и к. п. д. увеличиваются и при некотором значении Р_2кР к. п. д. достигает максимального значения. Этот режим соответствует равенству ?P_пост = ?Р_пер (точка А на рис. 150). Обычно максимум к. п. д. имеет место при 75—85 % номинальной мощности. При дальнейшем возрастании нагрузки к. п. д. начинает падать, так как рост электрических потерь, пропорциональный квадрату

Рис. 149. Вертикальное (а) и горизонтальное (б) размещение проводников обмотки якоря в пазах

Рис. 150. Зависимости к.п.д. и потерь мощности от полезной мощности

тока нагрузки I²_я, начинает превышать прирост полезной мощности, пропорциональный только первой степени от этого тока.

В зависимости от назначения локомотива целесообразно, чтобы максимальное к. п. д. электродвигателей было при различных нагрузках. Это обеспечивают при проектировании благодаря перераспределению отдельных видов потерь мощности. Например, для тяговых двигателей электропоездов, работающих в условиях частых пусков с большими токами, выгоднее, чтобы максимальный к. п. д. располагался в зоне больших нагрузок, что достигают путем снижения электрических потерь. Для двигателей электровозов и тепловозов, работающих преимущественно при токах, меньших номинального, стремятся, чтобы максимальный к. п. д. находился в зоне средних токов. Добиться этого можно уменьшением магнитных и механических потерь.

Нагревание электрических машин. Нагрузочная способность электрических машин в большинстве случаев определяется условиями нагревания, так как повышение температуры является главной причиной, ограничивающей мощность машины при длительных нагрузках. С увеличением нагрузки возрастают потери энергии в машине, увеличивается количество выделяющегося тепла и при чрезмерной нагрузке температура отдельных ее частей может превысить допустимые пределы.

Процессы нагревания и охлаждения в электрических машинах всех типов подчиняются общим законам, так как любую электрическую машину можно в первом приближении рассматривать как некоторое однородное тело. Тепло, выделяющееся в электрической машине, частично затрачивается на повышение температуры машины, а частично отдается в окружающую среду. Чем больше превышение температуры машины 8 над температурой окружающей среды, тем энергичнее идет теплоотдача, поэтому при некотором определенном превышении температуры устанавливается тепловое равновесие; в машине выделяется столько тепла, сколько она отдает в окружающую среду.

Превышение температуры, при котором наступает тепловое равновесие, называется установившимся превышением температуры ??. После достижения теплового равновесия машина может работать при данной нагрузке сколь угодно долгое время без дальнейшего повышения температуры.

При увеличении нагрузки машины возрастают потери мощности АР и количество выделяемого тепла, а также повышается значение ?_?. Следовательно, чем больше мощность, отдаваемая машиной, тем выше ее температура. При снятии нагрузки температура машины постепенно снижается.

Для более наглядного представления о характере изменения превышения температуры ? во времени по опытным данным строят кривые нагревания и охлаждения электрических машин.

В процессе нагревания и охлаждения превышение температуры машины ? над температурой окружающей среды изменяется. При нагревании (например, при увеличении нагрузки) величина ? возрастает (кривая 1 на рис. 151, а) от некоторого начального значения ?₀, постепенно приближаясь к установившемуся значению ?_?1. При охлаждении (например, при уменьшении нагрузки) величина ? уменьшается (кривая 2) до другого установившегося значения ?_?2.

Температура, при которой может нсрмально работать электрическая машина, строго ограничена теплостойкостью ее деталей. Особенно чувствительны к повышению температуры изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, в частности, изоляция проводов их обмоток. Поэтому тепловое равновесие в машине должно устанавливаться при такой температуре, которая не вызывает разрушение изоляции, однако постепенный износ изоляции (ее старение) неизбежен. Чем выше допустимая предельная температура отдельных частей, тем меньше срок службы электрической машины вследствие старения ее изоляции и тем менее надежна она в эксплуатации. С другой стороны, чем выше эта температура, тем больше можно нагрузить данную машину. Государственными стандартами на электрические машины установлены предельные значения температуры отдельных их деталей. Эти температуры выбраны на основании опытов. Их соблюдение позволяет обеспечить длительную (примерно 15—20 лет) и надежную работу машины при хорошем использовании материалов.

Нормируются превышения температуры различных частей электрической машины по отношению к температуре окружающей среды. Предельные превышения температуры определяются теплостойкостью изоляции, применяемой в электрической машине (классом изоляции, см. главу X).

Мощности продолжительного и часового режимов. В паспорте стационарных электрических машин обычно указывают их номинальную мощность продолжительного режима P_?, т. е. такую мощность, которую машина может отдавать неограниченно долго, не перегреваясь ни в одной своей части свыше значений ?мах, допускаемых нормами. При работе машины в режиме номинальной мощности ?_?1 = ? _max (рис. 151,б) тепловое равновесие практически достигается через 3—6 ч.

Рис. 151. Кривые нагревания и охлаждения электрической машины

Номинальная мощность P_? зависит от теплостойкости применяемой изоляции и интенсивности охлаждения. Чем выше интенсивность охлаждения, тем большую мощность можно получить от данной машины без недопустимого превышения ее температуры. Поэтому в большей части электрических машин применяют принудительное охлаждение внутренних деталей воздухом, прогоняемым посторонним вентилятором (при независимой вентиляции) или вентилятором, насаженным на вал самой машины (при самовентиляции).

Таким образом, основными мероприятиями, обеспечивающими увеличение мощности, которую можно получить от электрических машин, является применение более теплостойкой изоляции и усиление интенсивности их охлаждения. Эти меры широко применяют в электромашиностроении, благодаря их использованию удалось в течение последних 50 лет уменьшить примерно в 2—4 раза массу и размеры электрических машин одинаковой мощности.

При работе машины с мощностями Р₂ и Р₃, большими, чем P_? (с перегрузкой), величины ?_?2 и ?_?3 будут больше максимально допустимого значения ?_max (см. рис. 151,б). Следовательно, длительная работа машины при таких мощностях недопустима и время ее работы должно быть ограничено соответственно значениями t₂ и t₃. При этом перегрузка должна быть снята прежде, чем температура машины достигнет предельного значения. Чем больше перегрузка, тем быстрее возрастает температура и тем скорее она достигает предельного значения. Поэтому небольшие перегрузки электрические машины могут выдерживать сравнительно длительное время, большие же перегрузки должны быть кратковременными.

При работе тяговых двигателей режим их нагрузки резко меняется в зависимости от профиля пути и массы поезда; эти условия работы тяговых двигателей не позволяют характеризовать их работоспособность одним значением номинальной мощности P_?. Поэтому наряду с номинальной длительной мощностью для характеристики тяговых двигателей используют также понятия часовой и максимальной мощностей. Часовой мощностью Р_ч (мощностью часового режима) называется мощность, при которой машина может работать в течение 1 ч с нормально действующей вентиляцией от холодного состояния, не перегреваясь свыше предельной температуры. Эта мощность, так же как и P_?, ограничивается условиями нагревания машины, она позволяет судить о временной перегрузочной способности двигателя. Токи, соответствующие номинальным мощностям P_? и Р_ч, называются продолжительным и часовым токами тягового двигателя. В паспортах тяговых двигателей указывают обычно их часовую мощность.

Наибольшей мощностью тягового двигателя называется мощность, которую он может кратковременно отдавать (в течение 1 мин) без недопустимого искрения под щетками и возникновения кругового огня; следовательно, она ограничивается условиями коммутации машины. Отношение максимальной мощности к часовой называют коэффициентом перегрузки, или перегрузочной способностью машины. По стандарту на тяговые двигатели коэффициент перегрузки их должен быть не менее двух. Отношение P_?/Р_ч характеризует интенсивность вентиляции двигателя и называется коэффициентом вентиляции. У современных тяговых машин с независимой вентиляцией этот коэффициент составляет 0,8—0,9.

В эксплуатации работа тяговых двигателей с часовой мощностью может иметь место при движении поезда на подъемах. На руководящих подъемах, движение по которым продолжается менее получаса, реализуется мощность несколько большая, чем часовая. При движении на наибольших незатяжных подъемах мощность двигателей может превышать часовую на 10—15 %. При пуске электровозов и тепловозов токи тяговых двигателей могут превышать часовой ток на 60—80 %.

Анодирование. Коэффициент полезного действия тока

Принято считать, что между барьерными и пористыми плёнками существует множество различий. Образование первых происходит в электролитах с нейтральным уровнем рН, в то время как последние образуются в результате анодирования в растворах кислот. Тем не менее, целому ряду учёных удалось продемонстрировать, что формирование пористых плёнок может происходить и в практически нейтральных растворах.  Основное различие между этими двумя типами электролитов заключается в скорости роста пор, которая в нейтральных электролитах будет несколько меньшей.

Ксу со своими коллегами  провели исследование процесса перехода от плёнок барьерного типа к пористым плёнкам и сделали вывод, что в процессе анодирования с целью образования барьерных плёнок в результате выхода на поверхность ионов Al³⁺ и поступления из раствора ионов O^2–/OH^– происходит формирование плёнки на границах раздела плёнка-раствор и металл-раствор. В этом случае рост происходит со 100% кпд. Кпд можно высчитать на основании закона электромагнитной индукции с учетом необходимости поддержания постоянного электрического поля Е во процессе утолщения плёнки.  Таким образом, КПД равен

где p — это плотность плёнки, F – это постоянная Фарадея, J – плотность тока, а М – молекулярная масса плёнки. Если предположить, что коэффициент шероховатости обработанного гальваническим путём алюминия равен 1.0, плотность оксида равна 3.0 г/см³, а поле в барьерном оксиде – 8.47 х 10⁶ В/см, тогда, применив закон электромагнитной индукции, мы можем установить, что при 100% кпд напряжение будет повышаться на 149 В/мин, что соответствует значению 147. 3 В/мин, определённому эмпирически путём анодирования в растворе адипата аммония с концентрацией 0.05 моль/л при температуре 298К и плотности тока 5 мА/см². На этапе утолщения барьерного слоя при анодировании в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 0.04 моль/л при температуре 298К и плотности тока 5 мА/см², уровень повышения напряжения составляет 78.8 В/мин, что эквивалентно 53.5% кпд и указывает на значительную потерю ионов алюминия, которая имеет место с момента начала анодного оксидирования.⁷⁶ При определённых условиях может наблюдаться небольшой прирост кпд, связанный с прямым выбросом ионов Al³⁺ в электролит без образования плёночного материала. Отношение количества выбрасываемых ионов Al³⁺ к количеству плёнкообразующих ионов обычно возрастает со снижением плотности тока,  что дает возможность говорить о существовании такой критической плотности тока, при превышении которой все подвижные ионы алюминия переходят в электролит. При плотности тока ниже этого критического значения, химически активные вещества из электролита проникают в плёнку, после чего начинается этап начального образования пор. Таким образом можно стимулировать процесс перехода от барьерной к пористой плёнке путём снижения плотности тока до уровня ниже критического. Это тот случай, когда при образовании барьерной плёнки в условиях постоянного напряжения плёнка утолщается до тех пор, пока не достигнет характеристики толщины приложенного напряжения, после чего ток понижается до достаточно низкого уровня. В это время становится возможным образование пор.  Учёными было установлено, что при анодировании  в хромате калия концентрацией 0.25 моль/л критическая плотность тока находится на уровне намного ниже, чем 1 А\м², в фосфате калия концентрацией 0.4 моль/л – между 1 и 10 А/м², а в щавелевокислом аммонии приближается к 100 А/м².

Като со своими сотрудниками доказали, что при анодировании в типичных электролитах для образования барьерных плёнок, уровень рН падает в результате анодной реакции:

что в свою очередь зависит от буферных свойств раствора. Им удалось установить, что при более низком уровне рН раствора происходит более интенсивное растворение анодной плёнки, что связано с более низким кпд тока в процессе наращивания плёнки. Однако, данный эффект более выражен при более высокой плотности тока, а это противоречит приведённым выше результатам анализа.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Есть много причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Моделирование выхода по току в электрохимическом гипохлоритном реакторе

Основные моменты

•

Разработана математическая модель выхода по току для производства гипохлорита.

•

Установлена ​​зависимость КПД по току от плотности тока.

•

Установлена ​​зависимость КПД по току от концентрации гипохлорита.

•

Установлена ​​зависимость КПД по току от парциальной плотности тока.

•

Расчеты теоретической модели хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Abstract

Математическая модель была создана для анодной, катодной и общей токовой эффективности электрохимической ячейки для производства гипохлорита, действующей как идеальный реактор с мешалкой. Раствор гипохлорита NaClO 0,06–0,20 моль дм ^–3 получали в ячейке электролизом раствора хлорида натрия 0,25–0,50 моль дм ^–3 при температуре 20 ° С и плотности тока 100 мА · см. ⁻² и на 8.3

Установлены теоретические зависимости эффективности анодного тока от общей плотности анодного тока, концентрации гипохлорита и парциальной плотности тока для окисления воды. Теоретически полученные соотношения и соответствующие экспериментальные результаты показали, что выделение кислорода из-за окисления воды и гипохлорита приводит к уменьшению толщины анодного диффузионного слоя и увеличению предельного диффузионного тока при окислении гипохлорита.Также были установлены математические модели зависимости катодного выхода по току от катодной плотности тока и концентрации гипохлорита в объеме раствора. Выражение для общего выхода по току электрохимической ячейки для производства гипохлорита было получено на основе как анодного, так и катодного выхода по току. Хорошее согласие между экспериментальными результатами и значениями, предоставленными математическими моделями, подтвердило правильность предложенных моделей, предполагая, что модель может быть использована для оптимизации параметров электролиза.(Термин гипохлорит используется для обозначения как гипохлорита, так и недиссоциированной хлорноватистой кислоты.)

Концентрация растворенного элементарного хлора в слабощелочной среде ничтожна по сравнению с концентрацией гипохлорита.

Ключевые слова

Гипохлорит

Предельный ток диффузии

КПД по току

Математическая модель

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2014 Институт инженеров-химиков.Опубликовано Elsevier B.V.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Эффективность тока | Scientific.Net

Технология безопасного гальванохимического процесса формирования прочных покрытий из тройного сплава

Авторы: Юлиана Хапон, Дмитрий Трегубов, Елена Тарахно, Виктория Дейнека

Реферат: Установлена ​​возможность гальванохимического получения покрытия более прочного, чем в случае осаждения хрома.Предложено осаждение тройного сплава Co-Мо-W, что позволяет использовать эффект синергизма. Предложено и исследовано использование вместо сульфатно-ангидридного электролита цитрат-дифосфатного и аммиачно-цитратного. Достигнуто увеличение выхода по току осажденного сплава и снижение выхода водорода по току по отношению к осаждению хрома, что повысило безопасность гальванохимической промышленности. Подобраны оптимальные соотношения компонентов в цитрат-дифосфатном и аммиачно-цитратном электролитах для осаждения тройного сплава Co-Мо-W.Определены параметры электрического воздействия на гальванический процесс: постоянный ток — Дж = 2–8 А / дм ² , импульсный униполярный ток — Дж = 4–20 А / дм ² . Достигнута высокая микротвердость покрытия и высокая адгезия к базовой поверхности. Достигнута большая безопасность гальванохимического технологического процесса нанесения тройного сплава Co-Мо-W по сравнению с хромированием.

233

Электрохимические характеристики пленок нанокристаллического феррита цинка, синтезированных методом электроосаждения

Авторы: Э. Мостафа Эльсайед, Мохамед М. Рашад, H.F.Y. Халил, М.Р. Хусейн, М.М.Б. Эль-Саббах, И.А. Ибрагим

Аннотация: Нанокристаллическая шпинель из феррита цинка ZnFe ₂ O ₄ исследована и синтезирована методом электроосаждения-анодирования. Электроосажденные сплавы ZnFe ₂ получали из водно-сульфатной ванны. Полученные сплавы были электрохимически окислены в сильнощелочном растворе (1 М KOH) при комнатной температуре до аналогичных гидроксидов.Электроанодированная пленка сплава ZnFe ₂ была отожжена на воздухе при 400 ° C в течение 2 часов для получения необходимого феррита цинка. Были изучены и оптимизированы электрохимические факторы, контролирующие электроосаждение сплавов ZnFe ₂ , такие как температура ванны, перемешивание, плотность тока. Кристаллическая структура, размер кристаллов и микроструктура полученных ферритов были исследованы с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Осажденная пленка в основном состояла из ZnFe ₂ O ₄ на основании исследований XRD.Полученная пленка имела структуру шпинели с размером кристаллитов 4,9 нм. СЭМ-микрофотография полученных частиц феррита цинка показывает компактные формы кристаллитов и агломерированные цепочки с мельчайшими полукруглыми частицами, подобными морфологии.

1

Влияние режима течения на энергопотребление и свойства медного порошка в электролитическом процессе

Авторы: Вэнь Тан Ся, Сяо Ян Сян, Вэнь Цян Ян, Цзянь Го Инь

Реферат: Благодаря отличительным свойствам, таким как дендритная структура, высокая прочность до сырца и низкое содержание кислорода, электролитический медный порошок широко используется в авиации, аэрокосмической промышленности, национальной оборонной промышленности и других областях. Но в настоящее время энергозатраты процесса электролиза при производстве медного порошка высоки, а КПД по току составляет всего около 90%. Поэтому снижение энергозатрат в процессе электролиза стало основным препятствием в развитии предприятий. В этой статье была изготовлена ​​новая электролитическая ячейка с другим входом для электролита, расположенным на ячейке. Затем было исследовано влияние схемы течения электролита на выход по току, энергопотребление и свойства медного порошка.Результаты экспериментов показали, что электролитический процесс имел более высокий выход по току, более низкое потребление энергии и меньшее количество медных порошков при скорости потока 0,5 л / мин на параллельном входе и 1,5 л / мин на традиционном входе. В оптимальных условиях КПД по току, потребление энергии и размер медного порошка составляли 99,10%, 712,90 кВт ∙ ч / т и 47,80 мкм соответственно. Это означает очевидное повышение эффективности по току и снижение потребления энергии по сравнению с традиционным методом кормления.

77

Оценка влияния модуляции тока на катодную эффективность при гальванике меди в щелочной среде

Авторы: Майко Тарас да Кунья, Пауло Рогерио Пинту Родригеш

Резюме: Основная цель данной статьи — изучить гальваническое покрытие ионов меди и оценить эффективность катодного тока из щелочных ванн без цианид-ионов, стабилизированных различными комплексообразующими агентами для ионов Cu ²⁺ .Эффективность катодного тока оценивалась с помощью измерений кварцевых микровесов с использованием различных модуляций тока. Результаты показали, что приложение импульсного тока имеет большое влияние на эффективность катодного тока во время гальваники в исследуемых ваннах.

172

Моделирование эффективности тока электролитической очистки холоднокатаной полосы

Авторы: Сяо Куй Лю, Шуай Фанг Ли, Пэн Фэй Гао, Нан Цяо

Аннотация: Создана модель электролитической очистки холоднокатаной полосы, проведено моделирование процесса очистки методом конечных элементов с помощью программного обеспечения (Ansoft). Исследовано влияние параметров обработки. Результаты показывают, что параметры обработки, такие как выход по току, интервалы между пластинами электродов и изоляционная панель, сильно влияют на выход по току, что имеет большое значение для повышения эффективности очистки и энергосбережения.

716

Исследование очистки никельсодержащих сточных вод методом электроосаждения твердых частиц из носового слоя

Авторы: Синь Ян Сю, Хун Линь, Си Чен, Бин Чжао

Реферат: Чтобы достичь цели очистки никельсодержащих отходов, используйте электроосаждение из носового слоя для их обработки.Экспериментальные исследования показывают, что наилучшим условием воздействия является концентрация никеля 1000 мг / л, сила тока 15 А, pH 4,5, размер частиц 1,8 мм в условиях продувки азотом. Степень удаления никеля может достигать 74,77%. Азот может эффективно снизить концентрацию растворенного кислорода в воде и повысить эффективность электроосаждения и выход по току.

1462

Экспериментальные исследования электродов с разбрызгиванием твердых частиц по удалению медных сточных вод

Авторы: Синь Ян Сю, Бин Чжао, Си Чен, Хун Линь

Резюме: В этом исследовании для этого исследования была выбрана тяжелая металлическая медь, сульфатный раствор которой моделирует сточные воды, с использованием электродов из твердых частиц для очистки сточных вод и повторного использования металлической меди.Экспериментально изучено влияние на различные условия электроосаждения, такие как pH, постоянный ток, концентрация ионов меди, размер катодной частицы и барботирование азота. Результаты показали, что оптимальными условиями были следующие: рН 3,0, постоянный ток 10,0 А, размер катодных частиц 1,8 мм и барботирование азота. В частности, барботирование азота не только снижает содержание растворенного кислорода в сточных водах, чтобы предотвратить возвращение металла в раствор, но также решает проблему низкого выхода по току из-за концентрационной поляризации и электрохимической поляризации.

1458

Повышение эффективности электролюминесценции органических светоизлучающих устройств за счет внедрения структуры скважины как экктонного ограничителя

Авторы: Ли Шуанг Ву, Хуэй Шань Ян

Аннотация: Сообщается об органическом излучающем устройстве со скважинной структурой.Структура скважины, полученная путем попеременного осаждения составляющих слоев трис- (8-гидроксихинолин) алюминия (Alq) и 4,7-дифенил-1,10-фенантролина (BPhen), улучшила выход по току. Повышенная эффективность может быть объяснена сильным накоплением электронов и дырок в излучающем слое, что приводит к увеличению вероятности образования экситонов и рекомбинации экситонов. Устройство с одной лункой демонстрирует наивысший выход по току 4,12 кд / А при 4 В, что больше 1.В 2 раза больше, чем у обычных органических светоизлучающих устройств. Это эффективный и простой способ повысить эффективность органических устройств за счет использования структуры скважины в качестве излучающего слоя с надлежащим количеством лунок.

718

Экспериментальное исследование очистки сточных вод, содержащих медь, методом электроосаждения

Авторы: Си Чен, Хун Линь, Хай Янь Рен, Цзя Лян Син

Реферат: Чтобы достичь цели очистки сточных вод и повторного использования меди, используйте электроосаждение для обработки медьсодержащих сточных вод. В эксперименте изучается влияние материалов электродов, напряжения ячейки, расстояния между пластинами, pH и других экспериментальных условий в процессе осаждения, а также влияние продувки азотом в процессе осаждения. Результаты показывают, что наилучшие условия — использование графит-алюминиевого электрода, напряжение ячейки 7 В, расстояние между пластинами 10 мм и pH 3 в условиях продувки азотом. Из которых степень удаления меди может достигать более 93%. Азот может эффективно снижать концентрацию растворенного кислорода в воде, уменьшать степень коррозии металла и устранять концентрационную поляризацию и электрохимическую поляризацию в процессе осаждения для получения более высокой эффективности электроосаждения и выхода по току.

1670

Исследование восстановления электроосаждением меди и цинка в процессе ультрафильтрации комплексообразования

Авторы: Ю Синь Чжоу, Ке Цзюнь Ян

Реферат: Изучено электроосаждение восстановления тяжелых металлов в концентрированном растворе очистки сточных вод путем комплексообразовательной ультрафильтрации. В исследовании использовался дешевый пластинчатый электрод в традиционном реакторе с электрическими ячейками. Обсуждены плотность тока и массовая концентрация электроосаждения для извлечения меди и цинка, а также определены оптимальные условия. Результаты показали, что текущая эффективность извлечения меди и цинка была более 60%, а соответствующая потребляемая мощность составляла 11,5 кВт · ч / кг и 14,0 кВт · час / кг, соответственно.

52

Кулоновский режим и энергоэффективность с аккумулятором — Battery University

Узнайте об эффективности заряда и разряда аккумуляторов

Все аккумуляторы имеют потери.Энергия, извлекаемая после заряда, всегда меньше, чем было вложено. Паразитическая реакция, которая происходит в электрохимии ячейки, не позволяет КПД достичь 100 процентов. Сверхбыстрая зарядка и большая нагрузка также снижают энергоэффективность. Это также увеличивает нагрузку на аккумулятор за счет сокращения срока службы.

Эффективность аккумуляторов становится все более популярной. Это особенно важно для больших аккумуляторных систем в электромобилях, системах накопления энергии (ESS) и спутниках.Коэффициент полезного действия обычно измеряется кулоновским КПД . Кулон — это единица электрического заряда. Один кулон равен одному ампер-секунде (1As).

Кулоновская эффективность

Кулоновская эффективность (CE), также называемая фарадеевской эффективностью или выходом по току, описывает эффективность заряда, с помощью которого электроны переносятся в батареях. CE — это отношение общего заряда, извлеченного из батареи, к общему заряду, вложенному в батарею за полный цикл.

Литий-ионные аккумуляторы имеют один из наивысших классов CE. Его эффективность превышает 99 процентов. Однако это возможно только при зарядке умеренным током и при низких температурах. Сверхбыстрая зарядка снижает CE из-за потерь из-за принятия заряда и тепла, так же как и очень медленная зарядка, в которой играет роль саморазряд. См. BU-808b: Причины смерти литий-ионных аккумуляторов.

Кулоновский КПД литий-ионных аккумуляторов улучшается при езде на велосипеде. Чтобы доказать это, были задействованы литий-ионные аккумуляторы Panasonic, E-one Moli, Sony, LG и Samsung в формате ячеек 18650.Некоторые элементы начали с кулоновской эффективности 99,1 процента и улучшились до 99,5 процента за 15 циклов. Некоторые начали с 99,5% и достигли 99,9% за 30 циклов. Последовательность при повторных тестах была высокой, что свидетельствует о том, что литий-ионная аккумуляторная система является очень стабильной.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет меньшее значение CE около 90 процентов, а никелевые батареи, как правило, еще ниже. При быстрой зарядке NiCd и NiMH могут достигать 90 процентов, но медленная зарядка снижает это примерно до 70 процентов. Факторы, влияющие на низкий CE, — более низкий прием заряда, когда уровень заряда превышает 70 процентов, и саморазряд, который увеличивается, когда батарея нагревается к концу заряда. Наилучший КПД всех аккумуляторов достигается при среднем уровне заряда от 30 до 70 процентов. Все аккумуляторные системы имеют уникальные значения CE, которые зависят от скорости заряда и температуры. Возраст тоже играет роль.

Вольтаическая эффективность

Вольтаическая эффективность — это еще один способ измерения эффективности батареи, который представляет собой отношение среднего напряжения разряда к среднему напряжению заряда. Потери возникают из-за того, что напряжение зарядки всегда выше номинального напряжения, что вызывает химическую реакцию внутри аккумулятора.

Энергоэффективность

В то время как кулоновский КПД литий-ионного аккумулятора обычно лучше 99 процентов, энергоэффективность той же батареи имеет меньшее значение и относится к скорости заряда и разряда. При 20-часовой зарядке 0,05 ° C энергоэффективность составляет 99 процентов. Этот показатель снижается примерно до 97 процентов при 0,5 ° C и далее уменьшается при 1 ° C. В реальном мире Tesla Roadster имеет энергоэффективность 86 процентов.Сверхбыстрая зарядка новых электромобилей отрицательно скажется на энергоэффективности, а также на сроке службы батареи.

Последнее обновление 25.10.2017

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «Свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Или перейти к другой артикуле

Батареи как источник питания

Комментарии (7)

16 октября 2017 г. в 3:22

Тас написал:

Не могли бы вы показать нам диаграммы зависимости энергоэффективности отSOC и энергоэффективность против электроэнергии? Это немного механический инженерный подход, но все же я надеюсь, что есть некоторая «идеальная» или «конкретная» диаграмма для литий-ионных батарей, используемых в HEV.
Спасибо за вашу помощь.

23 октября 2017 г. в 7:00

Нельсон написал:

Привет,

В вашей статье в конце второго абзаца есть ошибка:

«Один кулон равен одному амперу (1 А) в секунду.”

Один кулон фактически равен одному ампер-секунде (1As). Или один ампер равен одному кулону в секунду (Кл / с).

С уважением,
Нельсон

23 января 2018 г., 21:43

Андрей написал:

Запрос. Мне трудно найти реальные показатели эффективности разряда для литий-ионных батарей. Например, если мне требуется X кВтч электроэнергии, мне нужна батарея с X / «эффективностью разряда», которая будет больше, чем X. Затем я бы использовал эту новую цифру для расчета необходимого веса батарей для моего приложения (я планирую использовать 200 Вт / кг для этой плотности). Приветствуются любые примеры из реальной жизни.

20 марта 2018 г. в 9:26

Джейми написал:

Андрей, вы конкретно имеете в виду энергоэффективность? Как указано на странице, существуют и другие меры эффективности разряда, такие как кулоновский КПД или КПД по напряжению … Энергоэффективность была бы моей предпочтительной общей метрикой, но она зависит от скорости заряда и разряда, и поэтому может быть трудно определить.Лучше всего попробовать и измерить это — измерить, сколько времени нужно, чтобы зарядить элемент постоянным током, и следить за изменением напряжения … Затем проделать то же самое для разряда и вычислить энергию на входе и выходе …

30 января 2019 г., 4:38

Ян Бентон написал:

Есть ли у вас графики зависимости заряда (кулоновской) эффективности от напряжения на ячейке для свинцово-кислотной кислоты? Очевидно, что кулоновская эффективность снижается, когда начинается диссоциация воды, но есть ли какие-то цифры?

19 сентября 2019 г. , 22:49

Арлин Дэвидсон написала:

Как мы можем смоделировать батарею, скажем, батарею с окислительно-восстановительным потоком, чтобы учесть схему управления для сетевого приложения? т.е. передаточная функция модели

23 сентября 2019 г., 17:10

Wilkens написал:

Должен ли я использовать в формуле коэффициент полезного действия кулонов или энергоэффективность при определении размера банка свинцово-кислотных аккумуляторов?
Энергия банка = (потребляемая нагрузка x автономность) / (DOD x n x Tc x na)
DOD —-> глубина разряда (0.5)
n ——-> кулон или энергоэффективность? Что мне использовать?
Tc ——-> температурный поправочный коэффициент.
н.д. ———> коэффициент старения (0,8)

Моделирование электровыделения цинка для прогнозирования эффективности тока на основе уравнения Нернста-Планка и кинетики реакции выделения электродного газа

Электро извлечение цинка по своей природе является сложным процессом, включающим электроосаждение ионов Zn на катоде, выделение кислорода на аноде, а также выделение водорода на катоде в качестве побочной реакции, которая снижает выход по току и увеличивает потребление энергии при одновременном улучшении локальной массы. транспорт.Из-за капиталоемких функций и низкой эффективности подходов к экспериментальным исследованиям, моделирование и моделирование стали многообещающим способом изучения процессов электрохимического извлечения. Однако связь двухфазного газожидкостного потока в результате выделения газа с электрохимическим процессом сложно моделировать. В этой статье был представлен подход к построению комплексной модели электрохимического извлечения Zn на основе COMSOL Multiphysics. Далее были продемонстрированы и обсуждены результаты базовой модели в области скоростей, распределения концентраций, газовых фракций и эффективности по току.Кроме того, проверка прогнозов эффективности по току на основе модели была проведена путем сравнения с данными экспериментальных испытаний.

Цинк, который является третьим по распространенности цветным металлом в мире, находит широкое применение в сплавах, защите от коррозии, производстве аккумуляторов и т. Д. ¹ Промышленное производство цинка включает методы гидрометаллургии, пирометаллургии или их комбинации. этих двух процессов. Примерно 90% мирового производства цинка использует методы гидрометаллургической обработки, которые обеспечивают важные технические и экономические преимущества. ^2,3 В процессе электровыделения Zn участвуют несколько важных электродных реакций, включая восстановление ионов Zn и побочную реакцию выделения водорода на катоде, а также разложение воды на аноде, как показано в уравнениях с 1 по 3.

Из-за природы электрохимических реакций получение цинка электрохимическим способом представляет собой энергоемкий процесс, требующий большого количества энергии, поэтому повышение эффективности по току и снижение энергопотребления становятся одной из наиболее важных целей операции.Для оптимизации рабочих параметров и достижения высокой энергоэффективности было выполнено или разработано большое количество экспериментальных или численных исследований. Однако из-за большого количества задействованного электролита и гистерезиса (есть временная задержка в изменении производительности при настройке параметров) экспериментального подхода, экспериментальное исследование процесса электровыделения Zn не всегда практично и экономически целесообразно. Таким образом, моделирование и симуляция стали важным способом достижения оптимизации с относительно низкими затратами, высокой эффективностью, хорошей гибкостью и повышенной точностью.

В целом, установленные модели можно разделить на четыре категории: уравнения прогнозирования текущей эффективности, соответствующие эмпирические уравнения параметров, фундаментальные модели и модели CFD, как показано ниже. Для уравнений прогнозирования эффективности по току Wark ⁴ сформулировал полуэмпирическую зависимость между выходом по току и соотношением между концентрацией сульфата цинка и концентрацией серной кислоты. Cruz et al. ⁵ разработал более сложную эмпирическую модель для прогнозирования выхода по току и катодного перенапряжения при электроосаждении Zn на основе полилинейной регрессии.Девять переменных состава электролита на 3 уровнях их концентрации были использованы для изучения их влияния на выход по току. Некоторые работы ^6–8 , основанные на экспериментальных исследованиях, были выполнены для решения эмпирических уравнений для соответствующих физических или химических констант. Например, Гуэрра дал несколько надежных эмпирических уравнений плотности и вязкости электролита. ⁷ Равновесная плотность тока обмена i ₀ является функцией концентрации, температуры и константы скорости.Соответствующая константа скорости зависит от субстрата. i ₀ обычно определяется экспериментальными методами или эмпирическими уравнениями. ^9–11 Бартон и Скотт первыми разработали фундаментальную модель ^9,12 , которая учитывала большинство важных частей моделирования электрохимического извлечения цинка, то есть уравнения баланса массы, уравнения баланса энергии, термодинамические и кинетические соотношения, электрохимические уравнения, и корреляции проводимости и плотности, чтобы сформировать модель, которая могла бы имитировать электролизер для получения цинка с разумной точностью.Дукович и Тобиас ¹³ построили модель для прогнозирования изменения распределения тока и увеличения напряжения ячейки, вызванного присутствием пузырьков, прикрепленных к поверхности электрода. Позже Махон и др. ^8,14 разработала модельную базу на основе модели Barton and Scott ⁹ для потенциального использования в управлении и оптимизации процесса. Чтобы улучшить эту модель, она включает в себя прогноз напряжения, выхода по току и кинетики реакции. Трехмерная модель с потоком жидкости может быть намного более точной для представления ячеек, выделяющих цинк, из-за важности потока жидкости в этих ячейках.В качестве первого шага к этому Wang et al. ¹⁵ создали модель воды и численную модель для изучения потока жидкости в электролизере Zn. Schwarz ¹⁶ резюмировал работу, проделанную над моделями вычислительной гидродинамики (CFD) для обработки цинка.

Эти модели во многом способствовали пониманию процесса электрохимического извлечения Zn и разработке моделей, которые более точно описывают процесс электрохимического извлечения Zn. Тем не менее, упрощение некоторых существенных особенностей реального процесса электролитического извлечения оставляет модели неполными и менее точными, чем это необходимо. Для достижения более надежного моделирования в этой статье описывается недавно разработанная более полная модель электровыделения Zn с комбинацией двухфазного потока, электрохимии, массопереноса, реакций выделения газа и прогноза выхода по току.

Электровыделение

Zn включает множество сложных физических и химических процессов. Чтобы максимально точно смоделировать процесс электровыделения Zn, эти процессы, включая массоперенос, электрохимию, поток жидкости, электродные реакции и т. Д., должны быть максимально полно включены в модель. Кроме того, взаимодействие между этими процессами затрудняет моделирование процесса. Например, поскольку электрохимические реакции потребляют или производят вещества, эти исходные условия влияют на процесс массопереноса. Кроме того, процесс массопереноса будет влиять на поток жидкости в электролизере из-за создаваемого градиента плотности. Эти сложно взаимосвязанные процессы можно описать соответствующими управляющими уравнениями, а также их можно охарактеризовать и описать с помощью модели, основанной на модуле вычислительной гидродинамики (CFD) в сочетании с модулем электрохимии третичного распределения тока в пакете COMSOL Multiphysics. Управляющие уравнения для процесса электровыделения Zn очень похожи на процесс электровыделения меди, который обсуждался в предыдущих работах. ^17-18

Управляющие уравнения

Массоперенос

В процессе электровыделения Zn массоперенос состоит из трех процессов: диффузии, миграции и конвекции. В электролите основным уравнением массопереноса в растворе является уравнение Нернста-Планка, как показано в уравнении. 4

, где N _i , z _i , u _i , c _i и D _i — плотность потока, заряд, подвижность, концентрация и коэффициент диффузии частиц i , F — постоянная Фарадея, Φ _l — электрическое поле, ∇ c _i — градиент концентрации, а v — вектор скорости.

Материальный баланс в электролите регулируется формулой. 5.

Из-за электронейтральности электролита плотность тока электролита упрощена и показана в уравнении. 6.

, где i _e — плотность тока в электролите, а другие переменные были определены выше.

Поток жидкости

На поток жидкости в электролизерах Zn часто влияют три фактора: поток на входе и выходе, движение пузырьков и связанный с ним поток, а также градиент плотности электролита.Используемая форма уравнений пузырькового потока предполагает, что жидкость не сжимаема, а жидкость является ламинарным потоком в испытательной электролизере. Полученное уравнение показано в формуле. 7: ¹⁹

Уравнение неразрывности, упрощенное с помощью предположения о низкой концентрации газа, показано в уравнении 8.

, где u _l — вектор скорости (единица СИ: (м / с), p — давление (единица СИ: Па), _l — доля фазового объема (единица СИ: м ³ / м ³ ), ρ _л — плотность (единица СИ: кг / м ³ ), г — вектор силы тяжести (единица СИ: м / с ² ) , F — любая дополнительная объемная сила (единица СИ: Н / м ³ ), I — единичная матрица.

Геометрия и сетка

Чтобы облегчить сходимость и расчет модели, в модели использовалась конфигурация 2D геометрии. Тем не менее, трехмерная схематическая диаграмма электролизера и конфигурации электродов показаны на рисунке 1а, чтобы дать интуитивно понятное представление смоделированной ячейки. На рисунке 1b показан вид ячейки сбоку, а область моделирования 2D-модели отмечена красной пунктирной линией. В этой геометрии учитывались один анод и один катод, а также электролит между ними.Обратите внимание, что размер электродов, а также зазор между ними были преувеличены на трехмерном графике, чтобы показать более четкий набор анода и катода и то, как 2D-геометрия была получена на трехмерном графике. Окончательная двухмерная геометрия, примененная в модели с точными геометрическими размерами, показана на рисунке 1c. Свободная треугольная сетка была применена в основной геометрии с определяемой пользователем более мелкой сеткой в ​​непосредственной близости от катода и чрезвычайно мелкой сеткой в ​​верхней части катода, чтобы справиться с быстрым потоком жидкости в верхней части. На поверхность катода наносились пограничные слои для облегчения расчета массопереноса в пограничном слое. Распределение размеров ячеек во всей ячейке и детали в верхней части показаны на Рисунке 2.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Геометрия ячейки в модели, (a) 3D-вид, (b) вид сбоку, (c) 2D-геометрия.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Размер и распределение ячеек (м): (a) Общее распределение размеров ячеек, (b) Детальный вид верхней части.

Граничные условия

Электроды

Равновесный потенциал

Для определения напряжения на ячейке необходимо рассчитать равновесный потенциал как анодной, так и катодной реакций. Равновесный потенциал E задается уравнением Нернста как Eq. 9.

Это уравнение использует стандартный термодинамический потенциал вместе с активностями восстановленных видов и активностями окисленных видов для определения равновесного потенциала для реакции полуячейки.

Кинетика электрода

Локальная плотность тока рассчитывается с помощью адаптированного уравнения Батлера-Фольмера. 10.

, где i _loc — локальная плотность тока на границе раздела (также называемая плотностью тока переноса заряда), i ₀ — плотность равновесного обменного тока, C _{R , S} — поверхностная концентрация восстановленных частиц, C _{R, B} — объемная концентрация восстановленных частиц, C _{O, S} — поверхностная концентрация окисленных частиц, C _{O, B} — объемная концентрация окисленных частиц, α _a — коэффициент анодной симметрии, α _c — коэффициент катодной симметрии, z — количество электронов, перенесенных на этапе ограничения скорости (почти всегда единица), F, — постоянная Фарадея, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура, и η — перенапряжение.

Соответствующий стандартный электродный потенциал, плотность тока обмена и коэффициент переноса заряда для каждой реакции показаны в таблице I. ^10,20

Таблица I. Термодинамические и кинетические параметры, используемые в модели электродных реакций .

	Стандартный электрод	Обменный ток	Анодный заряд	Катодный заряд
Реакция	потенциал (E °) / В	плотность i 0 / (А / м 2 )	коэффициент передачи	коэффициент передачи
Катодная реакция на цинк	−0. 763	12,261	1.455	0,49
Катодная реакция H	0,000	1,58 × 10 −7	1,515	0,485
Анодная реакция	1,229	3,32 × 10 −7	0,52119	0,52119

Вход, выход и стенки

Жидкая и газовая фазы имеют разные входы и выходы.Для жидкой фазы вход и выход показаны в геометрии модели, показанной на рисунке 1. Скорость входящей жидкости была рассчитана на основе экспериментального расхода и была установлена ​​равной 3,2 × 10 ^-4 м / с с начальной концентрации Zn и H ₂ SO ₄ показаны в Таблице II. Выход жидкой фазы был задан как граница давления жидкости с естественным выходом потоков из этой границы. Для газовой фазы вход — это анод (кислород) и катод (водород), а выход — это вся верхняя линия и выход для жидкости.Остальные границы установлены как пограничные стены, препятствующие скольжению.

Таблица II. Начальная концентрация.

Концентрация цинка	55 г / л
H 2 SO 4 концентрация	110 г / л

Параметры электролита

Начальные концентрации компонентов в электролите базовой модели показаны в таблице II.

Основные параметры электролита, т.е.е. Плотность электролита и вязкость электролита имеют важное влияние на поведение потока жидкости электролита, и эти параметры меняются в зависимости от рабочих условий. Следовательно, чтобы получить правильные параметры электролита в различных условиях эксплуатации, учитывается взаимосвязь плотности и вязкости электролита с различными рабочими параметрами. Плотность и вязкость электролита обычно зависят от концентрации ионов и температуры электролита.Ряд исследователей ^6–9 изучали изменения плотности и вязкости в определенном диапазоне концентраций ионов и температуры ZnSO ₄ -H ₂ SO ₄ -H ₂ O электролитной системы. В литературе на основе экспериментальных данных были разработаны некоторые эмпирические уравнения. Среди этих уравнений следующие два уравнения были выбраны на основе рекомендаций Guerra ⁷ для расчета плотности и вязкости электролита в различных условиях модели, как показано в уравнениях 11 и 12. ⁶

где, — концентрация иона Zn, моль / л; — концентрация серной кислоты, моль / л; Т — температура электролита, К; ρ — плотность электролита, кг / м ³ ; μ — вязкость электролита, Па · с.

Точно так же коэффициенты диффузии основных ионов также будут иметь важное влияние на процесс массопереноса. Коэффициент диффузии будет меняться в зависимости от рабочих параметров. В модели учитываются четыре основных иона: Zn ²⁺ , H ⁺ , HSO ₄ ^— и SO ₄ ²⁻.Коэффициенты диффузии H ⁺ , HSO ₄ ^— и SO ₄ ^2- определяются по уравнению Стокса-Эйнштейна, как показано в уравнении 13. Рассчитанные коэффициенты диффузии в условиях испытания: 5,3 × 10 ⁻⁹ м ² / с, 7,6 × 10 ⁻¹⁰ м ² / с и 6,1 × 10 ⁻¹⁰ м ² / с соответственно для H ⁺ , HSO ₄ ^— и SO ₄ ²⁻. Коэффициент диффузии ионов Zn определяется с использованием эмпирического уравнения в статье Герры ⁷ , как показано в уравнении 14.

где, D _i — коэффициент диффузии частиц « i »; k — постоянная Больцмана; T — температура; μ — вязкость раствора; r _i — радиус вида « i ».

где, Т — температура электролита, К; — коэффициент диффузии ионов Zn, м / с ² .

Рабочие параметры

Подобно предыдущей модели электровыделения меди, ^17,18 , была создана лабораторная модель для ускорения моделирования, отладки и запуска модели. Основные условия эксплуатации базовой модели приведены в таблице III. Температура, плотность тока, а также концентрации Zn и H ₂ SO ₄ в Таблице II идентичны значениям базового теста, сообщенным Скоттом и др. ²¹ для облегчения дальнейшей проверки модели.

Таблица III. Условия эксплуатации ячейки базовой модели.

Длина катода	0,17 м
Длина анода	0,155 м
Температура	35 ° С
Плотность тока	500 А / м 2
Расстояние между анодом и катодом	2,54 см

По мере создания модели она сначала была рассчитана на основе основных параметров, приведенных в Таблице II и Таблице III. Поскольку модель была построена как переходная, поэтому она дает результаты как на переходной стадии, так и на установившейся стадии. В начале теста поток жидкости и градиенты концентрации всех компонентов в электролите начинают развиваться и резко изменяться со временем. По мере развития всех этих процессов процесс электрохимического извлечения достигает псевдостационарного состояния, когда все параметры относительно стабильны, но слегка колеблются со временем. Наконец, процесс стабилизируется и достигает стационарного состояния, что означает, что никаких явных изменений параметров со временем не наблюдается.Один из примеров процесса разработки параметров показан на рисунке 3, который демонстрирует концентрацию Zn на поверхности катода на высоте 0,19 м, как показано на рисунке 1c. На рисунке 3 видно, что концентрация Zn в этот момент сильно меняется со временем в первые 180 с и стабилизировалась на отметке около 200 с. При постоянной работе производительность электролизера в установившемся режиме привлекает больше внимания. Как следствие, результаты в псевдостационарном или установившемся режиме представляют больший интерес при изучении влияния рабочих параметров на производительность процесса в различных условиях.Путем сравнения результатов модели в разное время определяется, что процесс достигает псевдостационарного состояния примерно через 180 с работы. Поэтому модель была запущена до 180 с, чтобы достичь псевдостабильного состояния, а затем на основе этих результатов продолжалась еще 30 с. Данные на 210 с использовались для изучения характеристик различных стационарных явлений и результатов моделирования.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Изменение концентрации цинка во времени на высоте 0,19 м на поверхности катода.

Результаты базовой модели

Модель, использующая рабочие параметры, указанные в Таблице II и Таблице III, была названа базовой моделью и использовалась для расчета расхода жидкости, потенциала электролита, распределения концентраций веществ, плотности тока и выхода по току при электровыделении цинка. клетка. Эти результаты обсуждаются и показаны ниже.

На рис. 4 показано рассчитанное поле скорости в ячейке для получения цинка для базовой модели.Как видно, в верхней части ячейки образуется большой вихрь из-за сильного перемешивающего воздействия пузырьков кислорода. Ниже можно кратко описать процесс создания этого поля потока жидкости. Сначала на поверхности анода образуются пузыри, которые начинают подниматься из-за эффекта плавучести. По мере того, как пузыри ускоряются и присоединяются к большему количеству пузырей и сливаются, поднимаясь на более высокие позиции в ячейке, скорость и импульс пузырей увеличиваются и приближаются к максимальному значению наверху ячейки.Взаимодействие между пузырьками и раствором электролита создает аналогичное жидкое поле в жидкости. Разница в том, что когда пузырьки достигают верхней поверхности электролита, большинство из них выбрасывается в окружающую среду. Однако поток жидкой текучей среды продолжается, но он вынужден менять направление на поверхности и устремляется к катоду и вниз, тем самым создавая вихрь из-за взаимодействия между оставшимися пузырьками и жидким электролитом. Это объясняет причину, по которой скорость жидкости в нижней части намного меньше, чем в верхней части.Это поле потока жидкости для электровыделения цинка очень похоже на поле потока жидкости в ячейке для электровыделения меди, исследованной ранее ^17,18 , за исключением того, что максимальная скорость выше, чем в модели для меди, из-за приложенной высокой плотности тока.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Рассчитанное по модели поле потока жидкости (м / с) процесса электровыделения Zn при 210 с.

На рис. 5а и 5б показано распределение концентрации Zn в ячейке и вдоль катода соответственно. В объемном растворе концентрация Zn однородна и близка к начальной или входной концентрации из-за сильного перемешивающего эффекта пузырьков газа, что делает ячейку хорошо перемешиваемым сосудом. Пограничный слой формировался вблизи катода из-за расхода ионов Zn на катоде. Следовательно, в пограничном слое существует большой градиент концентрации. Как показано на рисунке 5b, концентрация Zn на поверхности катода может опускаться ниже 100 моль / м ³ .Однако на кривой распределения концентрации Zn вдоль катода присутствуют два пика. Один расположен в верхней части катода, а другой — в нижней части катода. Пик на верхнем катоде легко объяснить влиянием вихря. Из-за наличия вихря и быстрого потока жидкости в этой области толщина пограничного слоя в этой области намного меньше, чем в других областях, что означает, что для достижения заданной плотности тока требуется меньший градиент концентрации, что приводит к более высокой концентрации Zn. на верхнем катоде.Аналогичные объяснения применимы к образованию пика на нижнем катоде. Как видно из рисунка 4, помимо вихря в верхней ячейке, существует еще один быстрый поток вдоль катода. Хотя он не такой сильный, как поток в верхней части, он все же быстрее, чем большая часть потока электролита, протекая со скоростью около 0,02–0,03 м / с. Когда этот поток ударяется о дно ячейки, он направляется к нижней части катода, тем самым уменьшая толщину пограничного слоя и повышая поверхностную концентрацию Zn в этой области.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Концентрация Zn, рассчитанная по модели (моль / м ³ ) (а) распределение в электролизере и (б) вдоль поверхности катода, при 210 с.

Из-за сопротивления в электролите происходит падение напряжения в электролите. На рис. 6 показано распределение потенциала электролита в электролизере Zn. По результатам расчетов максимальное падение напряжения в электролите между электродами составляет около 0.4 В.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. Распределение потенциала электролита (V), рассчитанное на модели, в электролизере при 210 с (все потенциалы относятся к потенциалу анода 0 В).

На катоде и аноде выделяется газ. Сила плавучести этих пузырьков газа является сильным движением потока жидкости. Следовательно, знание того, как газ распределяется в ячейке, будет полезно для понимания структуры жидкости в электролизере. Как показано в распределении газовой фракции на рисунке 7a, большая часть пузырьков газа концентрируется около поверхности анода. Однако небольшая доля пузырьков газообразного водорода, образующихся на поверхности катода при электровыделении Zn, как показано на рисунке 7b, ускоряет массоперенос Zn и других ионов вблизи поверхности катода.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Рассчитанное по модели распределение газовой фракции при электровыделении Zn при 210 с, (а) во всей ячейке, (б) в верхней части катода.

На основе кинетики реакции осаждения Zn и реакции выделения водорода на катоде с помощью модели были рассчитаны локальные плотности тока реакции осаждения Zn, реакции выделения водорода, а также общая плотность тока, как показано на рисунке 8a. . Общая плотность тока была установлена ​​на уровне 500 А / м ² , в то время как плотность тока реакции выделения водорода составляет около 50 А / м ² вдоль катода, за исключением обоих концов катода. Это означает, что местный выход по току в среднем катоде немного ниже, чем в других положениях, что показано на рисунке 8b.Скорость реакции Zn наиболее высока в верхней части катода, где существует вихрь.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. (a) Распределение плотности тока определенных катодных реакций (b) соответствующий выход по току вдоль катода при 210 с.

Эффективность по току рассчитывается из отношения плотности тока реакции Zn к общей плотности тока.На рисунке 8b показан средний по времени выход по току в интервале 30 секунд и общий выход по току вдоль катода в этот 30-секундный период. Как обсуждалось ранее, выход по току высокий на обоих концах катода и низкий на средней части катода. Причинами этого явления может быть быстрый массоперенос ионов Zn в этих областях из-за быстрого потока жидкости и краевого эффекта. Общий КПД по току составляет около 93%, что является разумным значением для реального процесса электровыделения Zn.

Проверка модели и прогноз эффективности по току

Был проведен ряд экспериментальных испытаний для изучения процесса электровыделения Zn, и соответствующие экспериментальные данные могут быть использованы для проверки результатов, предсказанных моделью. В исследовании Scott et al., ²¹ влияние концентрации Zn, H ₂ SO ₄ концентрации, температуры и плотности тока и др. были исследованы экспериментальным методом. Некоторые из этих экспериментальных результатов были использованы для проверки результатов моделирования.Для этого 5 моделей с разной концентрацией Zn (20 г / л (306 моль / м ³ ), 40 г / л (612 моль / м ³ ), 55 г / л (841 моль / м ^3). ), 70 г / л (1071 моль / м ³ ), 80 г / л (1224 моль / м ³ )) были использованы для изучения влияния концентрации Zn на выход по току. Сравнение экспериментально полученных значений КПД по току и значений КПД по току, предсказанных моделью при различной концентрации Zn, показано на рисунке 9. ²¹

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 9. Сравнение экспериментально измеренной эффективности тока и модели предсказанной эффективности тока при различных концентрациях Zn (H ₂ SO ₄ концентрация = 110 г / л, плотность тока = 500 А / м ² , температура = 35 ° C). ²¹

Из рисунка 9, модель предсказала общую тенденцию эффективности тока с концентрацией Zn, показывает хорошее согласие с экспериментально измеренной эффективностью тока, за исключением того, что предсказанная моделью эффективность тока ниже, чем экспериментальные данные, когда концентрация Zn очень низкая ( около 20 г / л).Но, учитывая, что обычно низкая концентрация Zn не является обычным явлением и нецелесообразно при электровыделении Zn, это предсказание может быть правильным, но не подтверждено экспериментально. Более того, даже при одинаковой концентрации Zn разные эксперименты, проводимые разными исследователями, могут варьироваться в разумных пределах из-за разных рабочих условий. Следовательно, считается, что результаты модели достаточно хороши для прогнозирования эффективности по току и других важных параметров при электровыделении Zn.

Распределение КПД по току вдоль катода при 3 различных концентрациях Zn, упомянутых выше, показано на Рисунке 10. Во всех трех сценариях КПД по току выше в верхней части катода и относительно стабильно в средней части катода.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. Прогнозируемые модели КПД по току вдоль катода при различных концентрациях Zn (H ₂ SO ₄ концентрация = 110 г / л, плотность тока = 500 А / м ² , температура = 35 ° C) .

Чтобы лучше понять эти распределения КПД по току, распределение концентраций Zn вдоль катода в установившемся режиме построено и показано на рисунке 11. На этом рисунке концентрация Zn на катоде изменяется при различных объемных концентрациях Zn. Как правило, плотности тока сильно влияют на концентрацию Zn на катоде. Для условия концентрации Zn 20 г / л концентрация Zn на катоде почти равна нулю, потому что электровыделение Zn происходит при предельной плотности тока.Более высокая концентрация Zn означает более низкое удельное сопротивление. Следовательно, падение напряжения на электролите будет уменьшаться с увеличением концентрации Zn. Из этого графика видно, что поверхностная концентрация катода увеличивается с увеличением объемной концентрации Zn, когда другие параметры идентичны.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 11. Концентрации цинка вдоль катода, спрогнозированные с помощью модели при различных концентрациях цинка (H ₂ SO ₄ концентрация = 110 г / л, плотность тока = 500 А / м ² , температура = 35 ° C) .

Комплексная модель электрохимического извлечения цинка, основанная на уравнении Нернста-Планка и кинетике реакции выделения электродного газа, была создана с помощью программного пакета COMSOL Multiphysics. Были получены различные результаты моделирования, включая поле скорости в ячейке для электрохимического извлечения, распределение концентрации вовлеченных частиц, а также плотности тока и распределения по выходному току, демонстрирующие ценную информацию о сложных процессах в ячейке для электрохимического извлечения Zn.Значения эффективности по току, рассчитанные с использованием модели, были очень близки к экспериментальным значениям, что обеспечило значительную проверку этой модели. Создание модели и ее применение для исследования влияния концентрации Zn, а также последующая проверка модели привели к нескольким выводам, касающимся этой модели и ее использования. (1) Участие потока жидкости, уравнения Нернста-Планка, описывающего процесс массопереноса, а также кинетика электродной реакции осаждения металла и выделения газа на аноде и катоде позволяют модели быть точной и эффективной при моделировании и изучении Процесс электрохимического извлечения цинка.(2) Изучая влияние концентраций объемного электролита Zn ²⁺ и H ⁺ на выход по току и сравнивая его с экспериментальными данными, была подтверждена адекватность модели для исследования выхода по току, что привело к дальнейшим исследованиям текущая эффективность может быть проведена с этой моделью. В целом, создание этой всеобъемлющей модели электровыделения Zn будет полезно для понимания процесса электровыделения Zn и связанной с этим оптимизации процесса в будущем.

Авторы признают частичное финансирование Amira International.

Zongliang Zhang 0000-0003-1858-4633

Джошуа М. Вернер 0000-0002-9025-2986

CURRENT EFFICIENCY — Определение и синонимы текущего КПД в словаре английского языка

CURRENT EFFICIENCY — Определение текущей эффективности и синонимов английский словарь

Educalingo Файлы cookie используются для персонализации рекламы и получения статистики веб-трафика.Мы также делимся информацией об использовании сайта с нашими партнерами по социальным сетям, рекламе и аналитике.

Скачать приложение
educationalingo

ПРОИЗВОДСТВО ТЕКУЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ГРАММАТИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ ПО ТЕКУЩЕМУ КПД

КПД по току — это существительное . Существительное — это тип слова, значение которого определяет реальность. Существительные дают имена всем вещам: людям, предметам, ощущениям, чувствам и т. Д.

ЧТО НА АНГЛИЙСКОМ ОЗНАЧАЕТ ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ?

Текущий КПД в словаре английский языка

Определение КПД по току в словаре — это отношение фактической массы вещества, высвободившегося из электролита при прохождении тока, к теоретической массе, высвобождаемой в соответствии с законом Фарадея.

Синонимы и антонимы слова current efficiency в словаре английский языка синонимов

Перевод слова «текущий КПД» на 25 языков

ПЕРЕВОД ТЕКУЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Узнайте, как можно перевести current КПД на 25 языков с помощью нашего многоязычного английского переводчика. переводов текущей эффективности с английского на другие языки, представленные в этом разделе, были получены посредством автоматического статистического перевода; где основной единицей перевода является слово «currentfficiency» на английском языке.

Переводчик английский —

китайский 电流 效率

1325 миллионов говорящих

Переводчик английский —

испанский eficiencia de corriente

570 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

хинди वर्तमान दक्षता

380 миллионов говорящих

Переводчик английский —

арабский الكفاءة الحالية

280 миллионов говорящих

Переводчик английский —

русский току

278 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

португальский eficiência de corrente

270 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

бенгальский বর্তমান দক্ষতা

260 миллионов говорящих

Переводчик английский —

французский Rendement de Courant

220 миллионов говорящих

Переводчик с английского на малайский

Kecekapan semasa

190 миллионов говорящих

Переводчик английский —

немецкий Stromeffizienz

180 миллионов говорящих

Переводчик английский —

японский 電流 効率

130 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

корейский 전류 효율

85 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

яванский Efisiensi saiki

85 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

вьетнамский hiệu quả hiện tại

80 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

тамильский தற்போதைய செயல்திறன்

75 миллионов говорящих

Переводчик с английского языка —

маратхи वर्तमान कार्यक्षमता

75 миллионов говорящих

Переводчик английский —

турецкий Akım verimliliği

70 миллионов говорящих

Переводчик английский —

итальянский efficienza corrente

65 миллионов говорящих

Переводчик английский —

польский wydajność prądowa

50 миллионов говорящих

Переводчик английский —

украинский току

40 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

румынский randamentul de curent

30 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

греческий τρέχουσα απόδοση

15 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

африкаанс huidige doeltreffendheid

14 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

шведский strömeffektivitet

10 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

норвежский strømutbytte

5 миллионов говорящих

Тенденции использования текущей эффективности

ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

Термин «текущий КПД» используется регулярно и занимает значение 108. 152 позиция в нашем списке наиболее употребительных терминов в словаре английского языка. На показанной выше карте показана частотность использования термина «текущая эффективность» в разных странах. Тенденции основных поисковых запросов и примеры использования слова current efficiency Список основных поисковых запросов, предпринятых пользователями для доступа к нашему английскому онлайн-словарю, и наиболее часто используемых выражений со словом «текущая эффективность».

ЧАСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ» ЗА ВРЕМЯ

На графике показано годовое изменение частотности использования слова «current efficiency» за последние 500 лет. Его реализация основана на анализе того, как часто термин «текущая эффективность» встречается в оцифрованных печатных источниках на английском языке с 1500 года по настоящее время.

Примеры использования в английской литературе, цитаты и новости о текущей эффективности

10 АНГЛИЙСКИХ КНИГ, КАСАЮЩИХСЯ

«ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

Поиск случаев использования слова кпд по току в следующих библиографических источниках. Книги, относящиеся к эффективности тока и краткие выдержки из них, чтобы обеспечить контекст его использования в английской литературе.

1

Медь и медные сплавы

Таблица 4 Влияние добавок на выход по току и размер частиц Влияние концентрация меди по , выход по току и кажущаяся плотность. Источник: ссылка 1 Рис.7. Сканирующие электронные микрофотографии меди, распыленной газом и водой. порошки.

2

Справочник по порошкам цветных металлов: технологии и …

Концентрация последнего выбирается в соответствии с выходом по току , т. к. снижается при высокой кислотности. Приблизительно нейтральные электролиты должны быть подготовлен с достаточной буферной емкостью, чтобы избежать быстрого повышения pH …

Нейков Олег Д, Набойченко Станислав, Мурачева Ирина Б, 2009

3

Интеллектуальные центры обработки данных: повышение эффективности

Знание, какие метрики вы собираетесь использовать для оценки эффективности ваших данных центров и наличия актуальных данных, можно оценить КПД по току этих объектов, чтобы установить ориентир, по которому вы можете измерить прогресс …

Майк Эбберс, Мэтью Арчибальд, Карлос Фелипе Франка да Фонсека, 2011

4

Основные показатели по легким металлам, восстановлению алюминия …

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ТОКА И ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ БАЛАНС В АЛЮМИНИЕВЫХ РЕДУКЦИОННЫХ ЯЧЕЙКАХ Фиона Дж. Стивенс, Weidong Жангз, Марк П. Тейлор, Джон Дж. Дж. Чен 1. Исследовательский центр Comalco, Томастаун,…

Джефф Берне, Марк Дюпюи, Гэри Тарси, 2013

5

Олово и припой в полупроводниковой промышленности

КПД по току определяется как доля тока, которая используется в указанная реакция: неиспользованная часть в этом процессе считается отходами. Таким образом КПД по току е определяется как отношение указанного химического изменения к …

Light Metals 2013 Под редакцией: Barry Sadler T. MS (Минералы, металлы и материалы Society), 2013 Резюме. Эффективность тока в промышленных ячейках Холла-Эру для производство алюминия может составлять до 96%. [1]. Обратная реакция между …

обратной реакции не зависит от плотности тока, поэтому эффективность тока по отношению к Al должна увеличиваться за счет увеличения плотности тока. Тем не мение, явления переноса в электролите в диффузионном слое катода приводят к большему …

8

Технологии разделения минералов, угля и ресурсов земли

Майкл С. Моутс, кафедра металлургической инженерии, Университет Юты, Солт-Лейк-Сити, Юта, США РЕЗЮМЕ Эффективность тока является одним из ключевых матрицы, которые отслеживают, отслеживают и пытаются отслеживать все операции по извлечению меди. улучшать.

Кортни Янг, Джеральд Х. Латтрелл, 2012

9

Современные методы фармацевтического анализа, второе издание

КПД по току часто используется как синоним титрования. КПД ». Однако КПД по току должно относиться к току для конкретного электродный процесс [например, пара Ce (III) / Ce (IV)] по сравнению с полным током .

10

Материалы симпозиума по энергетике и электрохимии . ..

КПД по току Зависимости от плотности тока КПД по току для композиты мембрана-электрод, приготовленные из Membrane-A -C и -D, являются показан на рис. 6. Композит с более толстой мембраной показал более высокий ток …

Клиффорд В. Уолтон, Эрик Дж.Радд, 1998

10 НОВОСТЕЙ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТ ТЕРМИН «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

Узнайте, о чем говорит национальная и международная пресса и как термин current efficiency используется в контексте следующих новостей.

Black & Veatch модернизирует турецкую электростанцию ​​

«Благодаря использованию новейших турбинных технологий КПД Хамитабата по току повысится с 38% до 62%.Это создает более экологичный объект … «Construction Week Online, 15 июня»

Black & Veatch модернизирует старейшую газовую электростанцию ​​

в Турции

«Благодаря использованию новейших турбинных технологий КПД Хамитабата по току вырастет с 38 до 62 процентов. Это создает еще … «WebWire, 15 июня»

NEEP ищет консультантов для проекта по затратам на EM&V

… данные о затратах на конкретные меры, которые находятся на ранней стадии коммерциализации и редки или отсутствуют в программах текущей эффективности на северо-востоке, … «Рынки энергоэффективности, 15 июня»

Субконтинентальный тренд обвинять героев после поражений: Шахид Африди на…

«Я не говорю, что не следует анализировать КПД по току кардиостимулятора или участника. Однако критикуйте его всякий раз, когда вы это делаете… «Бхарат Пресс, 15 июня»

GreenTouch определяет технологии для более экологичного, чистого и многого другого…

Это крутой инструмент — вопрос в том, действительно ли участники думают, что мы увидим сети, которые будут работать с КПД в 10000 раз по току или с сетью . .. «Мобильная сеть, 15 июня»

Электроосаждение сплавов Ni-Fe-Mo-W — Часть 9

Более высокий pH также может помочь увеличить выход по току .На рис. 6 показаны поляризационные кривые электролита Ni-W при pH 8 с различными … «Products Finishing Magazine, 15 июня»

Механизм процесса нанесения покрытия — 8-я лекция Уильяма Блюма

Исследования эффективности тока для пластины нормальной толщины не показали, что какая-либо значительно большая часть тока ушла на … «Products Finishing Magazine, 15 июня»

Вот! Стекло солнечной панели, которое однажды может привести в действие ваш офис

…питание всего здания, но оно все еще находится на ранних стадиях проектирования, и исследователи надеются как минимум в пять раз увеличить свой КПД по току . «Unicorn Booty, 15 июня»

В новом отчете рекомендуется предпринять шаги для корректировки эффективности

Отчет также содержит рекомендации для производителей по адаптации к циклу текущей эффективности , включая фиксацию низких фиксированных процентных ставок и использование урожая… «Farmers Advance, 15 июня»

Mazda нацелена на значительное повышение эффективности своих бензиновых двигателей

Компания следовала пути текущей эффективности с момента разработки Mazda 6 2002 года, которая была «первым поколением …« Autocar Professional, 15 июня »

ССЫЛКА

«EDUCALINGO. КПД по току [онлайн]. Доступно на . Фев 2021 ».

Новый ультратонкий солнечный элемент удваивает рекорд эффективности по току, достигая почти 50%

Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) создали новый рекордный солнечный элемент. Устройство может преобразовывать солнечный свет в энергию с эффективностью почти 50%, что намного лучше, чем существующие альтернативы.

Ученые NREL Джон Гейз (слева) и Райан Франс тестируют свой прототип панели.
Изображение предоставлено Деннисом Шредером / NREL.

Солнечные элементы сегодня обычно работают с КПД от 15% до 23%, что означает, что они преобразуют примерно от 1/6 до 1/4 поступающей энергии (в виде солнечного света) в электричество. Но новый «шестиконтактный солнечный элемент», разработанный в NREL, может похвастаться эффективностью почти 50%, что является огромным увеличением.

Больше энергии для вашего солнца

«Это устройство действительно демонстрирует необычайный потенциал многопереходных солнечных элементов», — сказал Джон Гейз, главный научный сотрудник Группы высокоэффективной кристаллической фотоэлектрической энергии в NREL и ведущий автор новой статьи о батарее, устанавливающей рекорд.

Ячейка имеет измеренную эффективность 47,1% при концентрированном освещении, причем в одном варианте установлен новый рекорд эффективности при освещении одним солнцем (естественным) 39,2%.

Команда использовала материалы III-V, названные так из-за их положения в периодической таблице, также известные как борная группа полупроводников, для создания своей новой ячейки; такие материалы обладают широким диапазоном светопоглощающих свойств, что делает их идеальными для решения этой задачи. Из-за их высокоэффективного характера и стоимости, связанной с их изготовлением, солнечные элементы III-V наиболее часто используются для питания спутников

.

Шесть переходов ячейки представляют собой фотоактивные слои, и каждый предназначен для захвата света из определенной части спектра солнечного света — по сути, каждый слой специализируется на поглощении максимально возможного количества определенных частей входящего света.Устройство также содержит около 140 слоев различных материалов III-V для поддержки этих переходов, однако его толщина составляет всего лишь одну треть толщины человеческого волоса, объясняют ученые.

«Одним из способов снижения затрат является уменьшение требуемой площади, — говорит Райан Франс, соавтор и ученый из группы III-V Multijunctions в NREL, — и вы можете сделать это, используя зеркало для захвата света. и сфокусируйте свет в точку. Тогда вы можете обойтись сотой или даже тысячной частью материала по сравнению с кремниевым элементом с плоской пластиной.Вы используете намного меньше полупроводникового материала, концентрируя свет. Дополнительным преимуществом является то, что эффективность повышается по мере того, как вы концентрируете свет ».

Франция добавляет, что превышение отметки 50% эффективности «на самом деле очень достижимо», но достижение 100% эффективности невозможно из-за фундаментальных ограничений термодинамики — опять же, это верно для всех двигателей и устройств, используемых для выработки или преобразования энергии.

Гейс объясняет, что препятствие по току, препятствующее превышению КПД более 50%, представляет собой резистивные барьеры, которые образуются внутри элемента, что затрудняет прохождение электрического тока.Пока команда работает над решением этой проблемы, NREL в целом активно работает над тем, чтобы сделать солнечные элементы III-V более доступными, чтобы дать этой технологии конкурентное преимущество на рынке.

No related posts.