|
Эта публикация цитируется в 1 научной статье (всего в 1 статье)
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Математическое моделирование влияния спейсеров на массоперенос в электромембранных системах
А. В. Коваленкоa, А. М. Узденоваb, А. В. Овсянниковаc, М. Х. Уртеновa, Р. А. Бостановb a Кубанский государственный университет, г. Краснодар, 350040, Россия
b Карачаево-Черкесский государственный университет им. У. Д. Алиева, г. Карачаевск, 369202, Россия
c Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации, г. Москва,
125468, Россия
(публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International)
Аннотация:
В электромембранных системах перенос ионов вблизи ионообменных мембран вызывает концентрационную поляризацию, что существенно затрудняет массоперенос.
Чтобы нивелировать эффект концентрационной поляризации и увеличить массоперенос, используют спейсеры.
С гидродинамической точки зрения спейсеры уменьшают толщину пограничного слоя за счет увеличения перемешивания в глубине раствора и создания нормальной составляющей конвективного переноса, ионы могут достигать мембран быстрее и ток увеличивается. Однако спейсеры значительно увеличивают гидродинамическое сопротивление, и, соответственно, расходы на прокачку раствора.
Впервые определены основные закономерности переноса ионов соли в канале обессоливания электродиализного аппарата со спейсерами разных форм и расположений с учетом электроконвекции в сверхпредельных токовых режимах.
А именно, показано с использованием вольт-амперной характеристики, что на различных стадиях процесса обессоливания оптимальными являются спейсеры разной формы и местоположения.
Представлены результаты математического и имитационного моделирования процесса переноса ионов соли в электромембранных системах со спейсерами в сверхпредельных токовых режимах.
Прямое численное 2D-моделирование проводилось для связанной системы уравнений Нернста–Планка–Пуассона и Навье–Стокса без подгоночных параметров. Использовался метод конечных элементов в сочетании с методом последовательных приближений и сегрегации при решении краевых задач систем нелинейных дифференциальных уравнений с частными производными.
Новизна метода заключается в том, что после дискретизации по времени задача на каждом временном слое расщепляется на гидродинамическую и электрохимическую, каждая из которых решается методом последовательных приближений до полного взаимосогласования.
Ключевые слова:
электромембранная система, спейсеры, массоперенос, перенос ионов, математическая модель.
Получение: 25 июля 2022 г. Исправление: 7 сентября 2022 г. Принятие: 13 сентября 2022 г. Публикация онлайн: 26 сентября 2022 г.
Образец цитирования:
А. В. Коваленко, А. М. Узденова, А. В. Овсянникова, М. Х. Уртенов, Р. А. Бостанов, “Математическое моделирование влияния спейсеров на массоперенос в электромембранных системах”, Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 26:3 (2022), 520–543
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/vsgtu1944 https://www.mathnet.ru/rus/vsgtu/v226/i3/p520
|
Статистика просмотров: |
Страница аннотации: | 252 | PDF полного текста: | 169 | Список литературы: | 26 |
|