Влияние пористости ионоселективной поверхности на устойчивость течения электролита
Автор: Георгий Сергеевич Ганченко
Соавторы: Г.С. Ганченко, В.А. Артюхов, Р.Р. Пономарев, Е.А. Демехин
Организация: Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации
Использование ионоселективных поверхностей для решения проблем микрофлюидики позволило по-новому взглянуть на проблемы транспорта жидкостей в микроканалах. Большой объёмный заряд, который образуется в результате концентрационной поляризации около ионоселективный поверхности, приводит к увеличению электроосмотической скорости в несколько раз. Однако вместе с тем такие течения оказываются менее устойчивыми, по сравнению с электроосмосом около диэлектрической поверхности. Основным механизмом неустойчивости является электрокинетический [1], который в настоящее время активно исследуется. Модель электрокинетической неустойчивости постоянно расширяется для учёта дополнительных эффектов. В недавних работах было показано [2-4], что если отказаться от гипотезы идеальной селективности, то есть допустить наличие потока коионов сквозь поверхность, то можно наблюдать качественно новые режимы электроконвекции, вплоть до колебательного [3,4].
В данном докладе будет представлено следующее обобщение математической модели, которое предполагает наличие гидродинамического течения внутри пористой среды ионообменной мембраны. Для этого в модель было добавлено уравнение Дарси-Бринкмана [5] внутри мембраны. Был проведен линейный анализ устойчивости одномерного стационарного решения, а также двумерное численное моделирование для выявления нелинейных режимов.
Результаты исследования ожидаемо показывали, что движение в жидкости в мембране в большей степени приводит к стабилизации течения, однако увеличение критического значения разности электрических потенциалов происходит немонотонно: с увеличением числа Дарси сначала происходит небольшая дестабилизация, и только для достаточно больших чисел Дарси наблюдается значительная стабилизация.
1. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane // Phys. Rev. E. 2000. Т. 62. № 2. С. 2238–2251.
2. Rubinstein I., Zaltzman B. Equilibrium Electroconvective Instability // Phys Rev Lett. 2015. Т. 114. № 11. С. 114502–5.
3. Ganchenko G.S. и др. Modes of electrokinetic instability for imperfect electric membranes // Phys. Rev. E. 2016. Т. 94. № 6. С. 063106–8.
4. Demekhin E.A., Ganchenko G.S., Kalaydin E.N. Transition to electrokinetic instability near imperfect charge-selective membranes // Phys Fluids. 2018. Т. 30. № 8. С. 082006–19.
5. Beavers G.S., Joseph D.D. Boundary conditions at a naturally permeable wall // J. Fluid Mech. 2006. Т. 30. № 1. С. 197–207.
