Моделирование нестационарных термодиффузионных потоков в вязкой электропроводящей жидкости

Актуальность и цели. Исследование термоэлектрических явлений занимает важное место в физике конденсированного состояния, в том числе и благодаря широким перспективам использования данного рода явлений для создания преобразователей энергии. Представляет интерес также анализ перекрестных явлений переноса при действии трех термодинамических сил. Ранее были предсказаны, экспериментально обнаружены и детально исследованы перекрестные явления нового класса, протекающие в вязких электропроводящих средах при действии трех термодинамических сил, когда имеет место перенос массы (частиц), теплоты (наличие градиента температуры), и электрического заряда, названные термоэлектрокинетическими явлениями. Целью работы является построение математической модели термоэлектрокинетического эффекта в эксперименте с линейным источником тепла, движущимся вдоль покоящегося раствора электролита, в рамках феноменологической термодинамики необратимых процессов, проведение вычислительного эксперимента на основе модели и получение количественных оценок величины термоэлектрокинетической ЭДС. Материалы и методы. В основу модели положены уравнения баланса тепла и вещества, которые в данном случае являются нелинейными и нестационарными дифференциальными уравнениями в частных производных. Предложен алгоритм расчета термоэлектрокинетической ЭДС построенной модели методом конечных разностей, который был реализован в пакете прикладной математики Sсilаb. Результаты. В результате вычислительного эксперимента были получены временные зависимости пространственного распределения температуры и концентрации водного раствора хлористого водорода. Расчет воспроизводит главную качественную особенность температурного поля электролита - его асимметрию, которая является причиной возникновения разности концентрации ионов, формирующейся вдоль движущегося источника тепла. Приведена количественная оценка величины ЭДС, обусловленной сформированным градиентом концентрации, по формуле изотермической диффузии. Выводы. Расчетная величина термоэлектрокинетической ЭДС хорошо согласуется с ранее полученными экспериментальными результатами, что служит доказательством адекватности предложенной математической модели, которая может быть использована в качестве теоретической основы для анализа подобного рода перекрестных явлений.