Сравнение неустойчивости Рэлея-Бенара и термоэлектроконвекции в микроканале между ионоселективными поверхностями

Автор: Наталья Юрьевна Ганченко

Соавторы: Н.Ю. Ганченко, Г.С. Ганченко

Организация: Кубанский государственный университет

Работа посвящена теоретическому изучению термоэлектрокинетической неустойчивости. Данный тип неустойчивости возникает в электролите около ионоселективных поверхностей при учете Джоулева нагрева электролита вследствие прохождения через него электрического тока [1-3]. В результате линейного анализа устойчивости одномерного решения были обнаружены два типа неустойчивости, которые возникают при различных ориентациях канала относительно силы тяжести: Ra>0 для неустойчивости Рэлея-Бенара, Ra<0 для термоэлектрокинетической неустойчивости.

При малых разностях потенциалов, для допредельного режима, абсолютные величины критических значений числа Рэлея имеют одинаковые порядки. При увеличении разности потенциалов ∆V возникает режим предельных токов. Возникновение этого режима обусловлено появлением области пространственного заряда. Именно наличие зоны пространственного заряда является необходимым условием для возникновения классической электрокинетической неустойчивости. Как показывают расчеты, зона пространственного заряда никак не влияет на неустойчивость Рэлея–Бенара. Термоэлектрокинетическая неустойчивость же, напротив, непосредственно связана с проводимостью электролита и наличием объемного заряда, которое порождает скорость электроосмотического скольжения на границе с зоной пространственного заряда. Наличие скорости скольжения действует в совместно с термоэлектрокинетическим конвективным движением, поэтому критическое число Рэлея существенно уменьшается.

Для режима предельных токов критические числа Рэлея для термоэлектрокинетической неустойчивости уменьшаются в тысячи раз, что делает их физически возможными в микронных масштабах. В то же время критические числа Рэлея для неустойчивости Рэлея–Бенара имеют, по сути, тот же порядок, что и для режимов допредельных токов, это подтверждает устоявшееся мнение, что в задачах микрофлюидики неустойчивость Рэлея–Бенара не проявляется.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ 18-38-00611-мол_а и Министерства образования и науки Краснодарского края, проект № 16-48-230107-р_а.