目的提出一種簡單確定外加電流大小和輔助陽極位置的方法。方法 對陽極的位置進(jìn)行離散處理,通過Matlab中的腳本程序,控制COMSOL有限元軟件的運行,交替地調(diào)整電流大小和陽極位置,經(jīng)過搜索,找到最佳陽極布局和相應(yīng)的最小輸入電流。采用這一方案進(jìn)行有限元計算。結(jié)果船體表面全部得到了保護(hù),保護(hù)率為100%,每個陽極所需電流只有0.057 26 A,最高保護(hù)電位為0.84 V左右,過保護(hù)現(xiàn)象不嚴(yán)重。結(jié)論提出的方法能夠較好地解決外加電流陰極保護(hù)設(shè)計中遇到的難題,具有簡單、易操作的優(yōu)點,并具有普適性。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2019,48(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

船體幾何模型

變成離子狀態(tài)，在水分子這種極性分子的作用下，很容易溶解到水中，從而導(dǎo)致了船體的腐蝕。為了阻止腐蝕的發(fā)生，必須抑制反應(yīng)（1）的進(jìn)行。外加電流陰極保護(hù)，就是采用外電源向船體表面注入電流，以代替反應(yīng)（1）向反應(yīng)（2）提供電子。注入的電流使船體表面產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)極化電位達(dá)到800mV時（參比電極為Ag/AgCl/Seawater），表面就會得到保護(hù)。當(dāng)外電源向船體注入電流時，由于海水是強電解質(zhì)，具有導(dǎo)電性，因此會在船體周圍的一塊水體里產(chǎn)生電場，存在電位分布。如果圍繞船體周圍劃分出一塊適當(dāng)大小的水體Ω，如圖2a所示，則當(dāng)水體中電位處于穩(wěn)態(tài)時，其分布滿足Laplace方程：2222220xyz(3)式中：為電解液電勢；x,y,zΩ。圖2邊界條件與有限元離散Fig.2BoundaryconditionsandFEMdiscretization:a)Boundaryconditions;b)Geometrydiscretization1.2邊界條件1.2.1電化學(xué)反應(yīng)界面邊界①上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(1)和(2)，其電流和電勢關(guān)系分別遵循Tafel公式：FeFeFe0Aaiie(4)O2O22O0Aciie(5)

.8mA/m2。船體被保護(hù)面積為11.564m2，因此所需要的總電流為：I=0.1943A。因為有四個電極供電，所以每個電極的供電電流約為0.05A。1.2.3無限遠(yuǎn)處邊界條件所謂無限遠(yuǎn)不是空間位置的無限遠(yuǎn)，而是指電場強度很弱，近乎為0的地方，如圖2a中的表面③，此處表面電流可看作為0：10n(9)式中：n為表面法向方向。1.3幾何模型離散及求解設(shè)置完邊界條件后，對幾何模型進(jìn)行離散，得到有限元模型，如1.1小節(jié)中圖2b所示。然后對模型求解，得到船體表面電位分布云圖和等值線圖（如圖3所示）。由圖3可見，靠近電極的地方電位較高，電極中間區(qū)域的電位較低�？傮w來看，船體表面電位均小于保護(hù)電位0.8V，可見整個船體都沒有得到保護(hù)，說明先前估算的電流偏低，應(yīng)適度增加電流供應(yīng)。圖3計算結(jié)果Fig.3Calculationresults:a)cloudmapofpotentialdistribution;b)contourlinesofpotential2最優(yōu)設(shè)計方案2.1思想概述一個最優(yōu)的保護(hù)方案，應(yīng)達(dá)到這樣的效果：在最小的輸入電流下，船體表面的保護(hù)面積達(dá)到最大。1.2節(jié)中的電極布局顯然不是最佳布局，因為表面電位沒有達(dá)到0.8V的保護(hù)電位，大部分處于未保護(hù)狀態(tài)，需要增大電流，并且要調(diào)整電極位置。如果只是增大電流，則對布局的要求有所下降，即當(dāng)電流增大到一定程度后，不管電極如何布置，船體表面都會得到保護(hù)。這種設(shè)計理念是粗放的，是以增大耗電量為代價的，不符合現(xiàn)代設(shè)計要求，所以必須確定合理的電流輸入，以盡量小的電流，達(dá)到盡量大的保護(hù)面積。

【參考文獻(xiàn)】：
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