Математическое моделирование вихревых структур при электроконвекции в канале ячейки электродиализатора на модельных мембранах с двумя проводящими участками

  • Заболоцкий В.И. Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия
  • Лебедев К.А. Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия
  • Василенко П.А. Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия
  • Кузякина М.В. Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия
УДК: 517.958:544.6

Аннотация

Рассмотрено математическое моделирование механизма электроконвекции в электромембранных системах. Моделирование проведено путем решения двумерных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости с граничными условиями прилипания и заданным распределением объемной силы в соответствии с теорией Рубинштейна. Показано, что объемная сила, индуцированная протеканием тока, способна генерировать парные электроконвективные вихри (электроосмос второго рода). Наиболее важными параметрами, влияющими на электроконвекцию, являются предельный ток, размеры неоднородностей и величина пространственного заряда.

Ключевые слова: ионитовая мембрана, электроконвекция, морфология, вихри, моделирование

Информация об авторах

Виктор Иванович Заболоцкий
д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии Кубанского государственного университета
e-mail: vizab@chem.kubsu.ru
Константин Андреевич Лебедев
д-р физ.-мат. наук, доцент кафедры прикладной математики Кубанского государственного университета
e-mail: klebedev.ya@yandex.ru
Полина Александровна Василенко
аспирант Кубанского государственного университета
e-mail: polig@mail.ru
Марина Викторовна Кузякина
канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры геоинформатики Кубанского государственного университета
e-mail: MarinaVKuazykina@gmail.com

Литература

  1. Rubinshtein Y., Shtilman L. Voltage against current curves of cation-exchange membranes // Y. Chem. Soc. Faraday Trans. II. 1979. Vol. 75. P. 231–246.
  2. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В, Уртенов М.Х., Лебедев К.А., Бугаков В.В. Электроконвекция в системах с гетерогенными ионообменными мембранами // Электрохимия. 2012. Т. 48, № 7. С. 766–777.
  3. Zabolotsky V.I., Novak L., Kovalenko A.V., Nikonenko V.V., Urtenov M.H., Lebedev K.A. Electroconvection in systems with heterogeneous ion-exchange membranes // Petroleum Chemistry. September 2017. Vol. 57. Iss. 9. P. 779–789.
  4. Рубинштейн И., Зальцман Б., Прец И., Линдер К. Экспериментальная проверка электроосмотического механизма формирования "запредельного"" тока в системе с катионообменной электродиализной мембраной // Электрохимия. 2002. Т. 38. № 8. С. 956–967.
  5. Заболоцкий В.И., Лоза С.А., Шарафан М.В. Физико-химические свойства профилированных гетерогенных ионообменных мембран // Электрохимия. 2005. Т. 41. № 10. С. 1185–1192.
  6. Письменская Н.Д., Никоненко В.В., Мельник Н.А., Пурсели Ж., Ларше К. Влияние характеристик границы ионообменная мембрана/раствор на массоперенос при интенсивных токовых режимах // Электрохимия. 2012. Т. 48. №6. С. 677–697.
  7. Nikonenko V.V., Mareev S.A., Pis'menskay N.D., Uzdenov A.M., Kovalenko A.V., Urtenov M.Kh., Pourcelly G. Effect of electroconvection and its use in intensifying the mass transfer in electrodialysis (Review) // Russian J. of Electrochemistry. 2017. Vol. 53. No. 10. P. 1122–1144.
  8. Nikonenko V.V., Kovalenko A.V., Urtenov M.K., Pismenskaya N.D., Han J. Sistat P., Pourcelly G. Desalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives // Desalination. 2014. Vol. 342. P. 85–106.
  9. Rubinstein S.M., Manukyan G., Staicu A., Rubinstein I., Zaltzman B., Lammertink R., Mugele F., Wessling M. Direct observation of a nonequilibrium electro-osmotic instability // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. P. 236101.
  10. Васильева В.И., Битюцкая Л.А., Зайченко Н.А. Микроскопический анализ морфологии поверхности ионообменных мембран // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т. 8. С. 260–271.
  11. Уртенов М.Х. Краевые задачи для систем уравнений Нернста-Планка-Пуассона (факторизация, декомпозиция, модели, численный анализ). Краснодар, КубГУ, 1998. 126 с.
  12. Бабешко В.А., Заболоцкий В.И., Корженко Н.М., Сеидов Р.Р., Уртенов М.Х. Теория стационарного переноса бинарного электролита в слое Нернста // ДАН. 1997. Т. 355. С. 488.
  13. Zabolotskiy V.I., But A. Yu., Vasil'eva V.I., Akberova E.M., Melnikov S.S. Ion transport and electrochemical stability of strongly basic anion-exchange membranes under high current electrodialysis conditions // J. of Membrane Science 2017. Vol. 526. P. 60–72.
  14. Заболоцкий В.И., Лебедев К.А., Уртенов М.Х., Никоненко В.В., Василенко П.А., Шапошник В.А., Васильева В.И. Математическая модель для описания вольтамперных кривых и чисел переноса при интенсивных режимах электродиализа // Электрохимия. 2013. T. 49. № 4. С. 1–12.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ и администрации Краснодарского края (проект №16-48-230433р_а).

Страницы
73-82
Раздел
Физика
Прислано
2018-12-14
Опубликовано
2019-03-30

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)