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

Авторы

  • Заболоцкий В.И. Кубанский государственный университет, Краснодар, Российская Федерация
  • Лебедев К.А. Кубанский государственный университет, Краснодар, Российская Федерация
  • Василенко П.А. Кубанский государственный университет, Краснодар, Российская Федерация
  • Кузякина М.В. Кубанский государственный университет, Краснодар, Российская Федерация

УДК

517.958:544.6

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-16-1-73-82

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 о финансировании

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

Информация об авторах

  • Виктор Иванович Заболоцкий

    д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии Кубанского государственного университета

  • Константин Андреевич Лебедев

    д-р физ.-мат. наук, доцент кафедры прикладной математики Кубанского государственного университета

  • Полина Александровна Василенко

    аспирант Кубанского государственного университета

  • Марина Викторовна Кузякина

    канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры геоинформатики Кубанского государственного университета

Библиографические ссылки

  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. [Zabolotskii, V.I., Nikonenko, V.V., Urtenov, M.Kh., Lebedev, K.A., Bugakov, V.V. Electroconvection in systems with heterogeneous ion-exchange membranes. Mi>Russ. J. Electrochem., 2012, vol. 48, no. 7, pp. 766–777. DOI: 10.1134/S102319351206016X]
  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. [Rubinstein, I., Zaltzman, B., Pratts, I., Linder, K. Experimental verification of the electroosmotic mechanism of overlimiting conductance through a cation exchange electrodialysis membrane. Mi>Russ. J. Electrochem., 2002, vol. 38, iss. 8, pp. 853–863. https://doi.org/10.1023/A:101686171]
  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. [Zabolotskii, V.I., Loza, S.A., Sharafan, M.V. Physicochemical properties of profiled heterogeneous ion-exchange membranes. Mi>Russ. J. Electrochem., 2005, vol. 41, iss. 10, pp. 1053–1060. DOI: 10.1007/s11175-005-0180-2]
  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. [Pismenskaya, N.D., Nikonenko, V.V., Mel'nik, N.A., Pourcelli, G., Larchet, G. Effect of the ion-exchange-membrane/solution interfacial characteristics on the mass transfer at severe current regimes. Mi>Russ. J. Electrochem., 2012, vol. 41, iss. 6, p. 610–628. DOI: 10.1134/S1023193512060092]
  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. [Vasilieva, V.I., Bitiutskaya, L.A., Zaychenko, N.A. Mikroskopicheskiy analiz morfologii poverkhnosti ionoobmennykh membran [Microscopic analysis of the surface morphology of ion-exchange membranes]. Mi>Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy [Sorption and chromatographic processes], 2008, vol. 8, pp. 260–271. (In Russian)]
  11. Уртенов М.Х. Краевые задачи для систем уравнений Нернста-Планка-Пуассона (факторизация, декомпозиция, модели, численный анализ). Краснодар, КубГУ, 1998. 126 с. [Urtenov M.Kh. Mi>Kraevye zadachi dlya sistem uravneniy Nernsta-Planka-Puassona (faktorizatsiya, dekompozitsiya, modeli, chislennyy analiz) [Boundary value problems for systems of Nernst-Planck-Poisson equations (factorization, decomposition, models, numerical analysis)]. Krasnodar, KubSU, 1998. 126 p.]
  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. [Babeshko V.A., Zabolotsky V.I., Korzhenko N.M., Seidov R.R., Urtenov M.Kh. Theory of stationary transfer of binary electrolyte in the Nernst layer. Mi>Doklady Akademii nauk [Reports of Russian Academy of Science], 1997, vol. 355, pp. 488. (In Russian)]
  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. [Zabolotsky V.I., Lebedev K.A., Urtenov M.Kh., Nikonenko V.V., Vasilenko P.A., Shapoahnik V.A., Vasilieva V.I. Matematicheskaya model' dlya opisaniya vol'tampernykh krivykh i chisel perenosa pri intensivnykh rezhimakh elektrodializa [Mathematical model for description of current-voltage curves and transfer numbers under intensive electrodialysis regimes]. Mi>Electrochemistry, 2013, vol. 49, no. 4, pp. 1–12. (In Russian)]

Скачивания

Загрузки

Выпуск

Страницы

73-82

Раздел

Физика

Даты

Поступила в редакцию

14 декабря 2018

Принята к публикации

12 января 2019

Публикация

30 марта 2019

Как цитировать

[1]
Заболоцкий, В.И., Лебедев, К.А., Василенко, П.А., Кузякина, М.В., Математическое моделирование вихревых структур при электроконвекции в канале ячейки электродиализатора на модельных мембранах с двумя проводящими участками. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2019, т. 16, № 1, pp. 73–82. DOI: 10.31429/vestnik-16-1-73-82

Похожие статьи

1-10 из 131

Вы также можете начать расширенный поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)