Отчет 2013 (13-08

НОМЕР ПРОЕКТА
13-08-93106
УЧЕТНАЯ КАРТОЧКА
НАЗВАНИЕ ПРОЕКТА
Электроконвективный механизм свехпредельного переноса в
мембранных системах: математическое моделирование и
эксперимент
ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ
08 - фундаментальные основы инженерных наук
КОД(Ы) КЛАССИФИКАТОРА
08-206 08-201 03-460
КОД И НАЗВАНИЕ КОНКУРСА
НЦНИЛ_а - Совместный конкурс с НЦНИ (Л)
ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО РУКОВОДИТЕЛЯ ПРОЕКТА
Уртенов Махамет АлиХусеевич
ТЕЛЕФОН РУКОВОДИТЕЛЯ ПРОЕКТА
(861)2199578
ПОЛНОЕ НАЗВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ, предоставляющей условия для выполнения работ по Проекту
физическим лицам
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования "Кубанский государственный университет"
ОБЪЕМ СРЕДСТВ, ФАКТИЧЕСКИ
ПОЛУЧЕННЫХ ЗА 2013 г.
500000 руб.
ОБЪЕМ ФИНАНСИРОВАНИЯ, ЗАПРАШИВАЕМЫЙ НА СЛЕДУЮЩИЙ ГОД
600000 руб.
СОСТАВ НАУЧНОГО КОЛЛЕКТИВА, ВЫПОЛНЯВШЕГО РАБОТЫ ПО ПРОЕКТУ В 2013 ГОДУ
ЧИСЛО ЧЛЕНОВ НАУЧНОГО
КОЛЛЕКТИВА, ВКЛЮЧАЯ
РУКОВОДИТЕЛЯ
8
ЧИСЛО ЧЛЕНОВ НАУЧНОГО
КОЛЛЕКТИВА, ИМЕЮЩИХ
УЧЕНУЮ СТЕПЕНЬ
7
ЧИСЛО НАУЧНОГО КОЛЛЕКТИВА В
ВОЗРАСТЕ ДО 35 ЛЕТ
ВКЛЮЧИТЕЛЬНО
5
ФИО члена научного коллектива
Письменский Александр Владимирович
Узденова Аминат Магометовна
Коваленко Анна Владимировна
Васильева Вера Ивановна
Никоненко Виктор Васильевич
Белашова Екатерина Дмитриевна
Мельник Надежда Андреевна
СОСТАВ НАУЧНОГО КОЛЛЕКТИВА, КОТОРЫЙ БУДЕТ ВЫПОЛНЯТЬ РАБОТЫ ПО ПРОЕКТУ В 2014 ГОДУ
ЧИСЛО ЧЛЕНОВ НАУЧНОГО
КОЛЛЕКТИВА, ВКЛЮЧАЯ
РУКОВОДИТЕЛЯ
8
ЧИСЛО ЧЛЕНОВ НАУЧНОГО
КОЛЛЕКТИВА, ИМЕЮЩИХ
УЧЕНУЮ СТЕПЕНЬ
7
ФИО члена научного коллектива
Письменский Александр Владимирович
Узденова Аминат Магометовна
Коваленко Анна Владимировна
Васильева Вера Ивановна
Никоненко Виктор Васильевич
Мельник Надежда Андреевна
Мареев Семен Александрович
ЧИСЛО НАУЧНОГО КОЛЛЕКТИВА В
ВОЗРАСТЕ ДО 35 ЛЕТ
ВКЛЮЧИТЕЛЬНО
5
ПОДПИСЬ РУКОВОДИТЕЛЯ ПРОЕКТА
ДАТА
05.01.2014
ОТЧЕТ ЗА 2013 ГОД ПО ПРОЕКТУ РФФИ 13-08-93106-НЦНИЛ_а
Форма 501. КРАТКИЙ НАУЧНЫЙ ОТЧЕТ
1.1.
Номер проекта
1.2.
Руководитель проекта
1.3.
Название проекта
1.4.
Вид конкурса
1.5.
Год представления отчета
1.6.
Вид отчета
1.7.
Аннотация
1.8.
Полное название организации, где выполняется проект
13-08-93106
Уртенов Махамет АлиХусеевич
Электроконвективный механизм свехпредельного переноса в мембранных системах: математическое
моделирование и эксперимент
НЦНИЛ_а - Совместный конкурс с НЦНИ (Л)
2014
этап 2013 года
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы построения теории электроконвективного
сверхпредельного переноса в мембранных системах в условиях вынужденной конвекции раствора при
электродиализе. Известные математические модели (Духин, Мищук, Рубинштейн, Зальцман, Базант,
Талларек) рассматривают системы при отсутствии вынужденного течения, что имеет место в
микронасосах и аналитических устройствах. Для практики электродиализа важно учитывать и
вынужденное течение, которое взаимодействует с микровихревым течением (электроконвекцией),
вызванным интенсивной концентрационной поляризацией. Такое взаимодействие, как показывает
эксперимент, может приводить к пятикратному и более росту скорости массопереноса при
электродиализе.
Целью проекта на 2013 год являлось получение новых знаний о закономерностях зарождения и развития
электроконвекции в условиях электродиализа; выявление роли факторов, влияющих на интенсивность
электроконвекции и скорость массопереноса: напряжения, скорости вынужденного течения,
концентрации раствора. В ходе выполнения проекта в 2013 году была доработана двумерная
«стандартная» модель, описывающая сверхпредельный перенос в мембранных системах, а именно,
гидродинамику и перенос ионов соли в электрохимической ячейке в виде краевой задачи для связанной
системы уравнений Нернста-Планка-Пуассона и Навье-Стокса с учетом вынужденной конвекции.
Особенностью этой модели является использование только фундаментальных законов сохранение и
отсутствие каких-либо подгоночных параметров. Разработаны оригинальные численные и
асимптотические методы решения, учитывающие особенности краевой задачи модели. В ходе
выполнения первого этапа получена полная декомпозиционная система уравнений, включая новое
уравнение для общей плотности тока. С использованием построенной математической модели: 1)
показано, что причиной возникновения электроконвективных вихрей в электромембранных системах
является вихревой характер электрической силы, 2) установлены основные закономерности
возникновения и развития электроконвекции и электроконвективных вихрей, 3) вычислена и
проанализирована вольтамперная кривая , 4) теоретически вычислены критериальные чисел
возникновения нестационарной электроконвекции и показано, что существует несколько критериальных
чисел электроконвекции для электрохимической ячейки с гомогенными идеально селективными
ионообменными мембранами, 5) экспериментально измерены вольтамперные кривые и проведена
верификация математической модели и численного метода решения.
Новые знания будут представлять интерес не только для практики электродиализа, но и для
совершенствования электромембранных устройств в микрофлюидике, использующих эффект
электроконвекции: микронасосы, микроконцентраторы, электрофорез и др.
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования "Кубанский государственный университет"
"Исполнители проекта согласны с опубликованием (в печатной и электронной формах) научных отчетов
и перечня публикаций по проекту"
Подпись руководителя проекта
Форма 503M. РАЗВЕРНУТЫЙ НАУЧНЫЙ ОТЧЕТ
3.1.
3.2.
Номер проекта13-08-93106
Название проектаЭлектроконвективный механизм свехпредельного переноса в мембранных системах:
3.3.
3.4.
Коды классификатора, соответствующие содержанию фактически проделанной работы(в порядке
значимости)08-206 08-201 03-460
Объявленные ранее цели проекта на 2013 годЦелью проекта на 2013 являлось получение новых
3.5.
Степень выполнения поставленных в проекте задачВсе, поставленные на 2013 год цели и задачи
3.6.
Полученные за отчетный год важнейшие результаты Полученные важнейшие результаты в 2013 году:
математическое моделирование и эксперимент
знаний о закономерностях зарождения и развития электроконвекции в условиях электродиализа;
выявление роли факторов, влияющих на интенсивность электроконвекции и скорость массопереноса:
напряжения, скорости вынужденного течения, концентрации раствора. В задачи проекта на 2013 год
входили: 1) доработка двумерной «стандартной» модели сверхпредельного переноса в мембранных
системах, 2) оптимизация численного решения краевой задачи 3) определение области адекватности
«стандартной» модели путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными для
набора коммерческих гомогенных и гетерогенных ИОМ, 4) верификация численного решения, 6)
расчет теоретической пороговой кривой, 5) обобщение метода декомпозиции на двумерный случай
уравнений Нернста - Планка – Пуассона и Навье-Стокса, 7) вывод нового уравнения для общей
плотности тока и таким образом получение полной системы декомпозиционных уравнений, 8)
выявление основных закономерностей зарождения и развития электроконвекции в условиях
электродиализа, 9) выявление роли факторов, влияющих на интенсивность электроконвекции и
скорость массопереноса.
выполнены.
1) Доработана двумерная «стандартная» модель, описывающая сверхпредельный перенос в
мембранных системах, а именно, гидродинамику и перенос ионов соли в электрохимической ячейке в
виде краевой задачи для связанной системы уравнений Нернста-Планка-Пуассона и Навье-Стокса с
учетом вынужденной конвекции. Особенностью этой модели является использование только
фундаментальных законов сохранение и отсутствие каких-либо подгоночных параметров. В связи с
этим модель названа «основной» или «стандартной» моделью. Разработаны оригинальные численные
методы и асимптотические методы решения, учитывающие особенности краевой задачи модели.
Основная идея численного решения заключается в использовании декомпозиции системы уравнений
на каждом слое по времени на две подзадачи: гидродинамики и массопереноса. В ходе первого этапа
выполнения получена полная декомпозиционная система уравнений, включая новое уравнение для
общей плотности тока, состоящего из тока смещения и тока вызванного потоком ионов. Показана, что
эта система уравнений удобна для вывода упрощенных модельных задач, для численного и
аналитического решения. Проведена верификация «стандартной» модели и численного решения
путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными для набора коммерческих
гомогенных и гетерогенных ионообменными мембранами. 2) С использованием построенной
математической модели количественно исследовано влияние пространственного заряда и
электроконвекции на гидродинамику и перенос ионов соли в потенциостатическом режиме. В
качестве причины электроконвекции ряд авторов (Духин, Мищук и др) рассматривают наличие
тангенциальной составляющей силы. Исследование, проведенное в рамках выполнения проекта,
позволяет сделать вывод, что причиной возникновения электроконвективных вихрей в
электромембранных системах является вихревой характер электрической силы, а не просто наличие
тангенциальной составляющей силы. Влияние вихревой электрической силы, имеющей значительную
величину, на исходное устойчивое течение может привести к тому, что итоговое течение либо
останется устойчивым, либо станет неустойчивым. Число Рейнольдса для исходного течения при
реальных скоростях прокачивания раствора и размерах канала имеет величину порядка 1÷100, что
значительно меньше критического числа Рейнольдса для плоского канала. Как показывают численные
расчеты, даже при самом большом скачке потенциале для камеры обессоливания 1.82В, для которого
были проведены расчеты, скорость в вихрях не превышает скорость в середине канала и локальные
числа Рейнольдса не достигают критических значений. Своего максимального значения ордината
скорости достигает возле катионообменной мембраны. Следовательно, причина возникновения
неустойчивого течения связана не с увеличением локальной скорости течения при возникновении
электроконвективных вихрей. Нами показано, что это связано с взаимодействием
электроконвективных вихрей у катионообменной мембраны с электроконвективными вихрями у
анионообменной мембраны. Для электромембранных систем особенно актуальным является
исследование причин возникновения и развития электроконвективных вихрей вблизи ионообменных
мембран на фоне исходного течения, поскольку они подводят обогащенный раствор в диффузионный
слой, частично или полностью разрушая последний. В итоге возрастает эффективность процесса
обессоливания. Нами показано, что электроконвекция возникает при некотором соотношении между
скоростью прокачки раствора и падением потенциала, причем, чем больше скорость прокачки, тем
большее требуется падение потенциала для возникновения электроконвекции при некотором
фиксированном моменте времени. Это соотношение, может быть названо пороговой кривой
образования электроконвективных вихрей. Пороговая кривая нами рассчитана численно и показано,
что она выходит на асимптоту. Ряд ученых (Рубинштейн, Штильман и др) причиной возникновения
электроконвекции считают электрохимическую неустойчивость. Численное исследование
устойчивости, проведенное в ходе выполнения проекта, позволяет утверждать, что процесс
сверхпредельного массопереноса ионов соли устойчив по плотности тока (вольтамперной
характеристике), как при отсутствии, так и при наличии электроконвекции при значениях падения
потенциала меньших чем, например, 0.5В, когда уже наблюдаются развитые электроконвективные
вихри. Следовательно, электрохимическая неустойчивость не может быть причиной возникновения
электроконвекции, хотя небольшие колебания падения потенциала приводят к столь значительным
колебаниям плотности тока, что электромембранную систему можно считать усилителем колебаний
плотности тока. 3) Нами были рассчитаны вольтамперные характеристики на основе математической
модели и измерены экспериментальные вольтамперные кривые. Они имеют качественно схожее
поведение. Имеющиеся численное различие объясняется идеализированным характером расчетной
вольтамперной характеристики, так как в математической модели мембраны считаются идеальными
селективными плоскостями, не имеющими толщины и т.д. Нами были рассчитаны числа Херста для
разных участков вольтамперной кривой с 95% доверительным интервалом. Для расчета чисел Херста
использовался дискретный временной ряд значений скачка потенциала, рассчитанный с
использованием математической модели. Участки были выбраны исходя из физического смысла, а
именно первый участок - это изменение плотности тока от нуля до предельной плотности
диффузионного тока. Второй участок - от предельной плотности диффузионного тока до значения
плотности тока, когда впервые появляются электроконвективные вихри у катионообменной
мембраны. Третий участок - соответствует диапазону плотности тока, когда имеются
электроконвективные вихри у катионообменной мембраны, но их нет у анионообменной мембраны.
Четвертый участок - соответствует диапазону плотности тока, когда имеются электроконвективные
вихри и у катионообменной мембраны, и у анионообменной мембраны, но они еще между собой не
взаимодействуют: - На первом участке, с большой точностью выполняется условие
электронейтральности, следовательно, сила электрического поля большой точностью равна нулю,
течение раствора не зависит от физико-химических характеристик процесса переноса ионов соли.
Рост плотности тока на данном участке ничем не лимитируется, поэтому она растет практически
линейно, с достаточно большим угловым коэффициентом (скоростью). Идет формирование
диффузионных слоев вблизи обеих мембран. В окрестности предельного тока, рост замедляется, из-за
концентрационного перенапряжения (поляризации). Число Херста равно примерно 1, следовательно,
на этом участке вольтамперной характеристики получаем персистентный ряд, характеризующийся
эффектом долговременной памяти. Наблюдается устойчивый тренд. Нет нерегулярных колебаний.
Течение раствора является Пуазейлевским и устойчиво.- На втором участке, возникает и расширяется
область пространственного заряда, электрическая сила растет по мере увеличения плотности тока.
Начинают накапливаться возмущения течение раствора возле катионообменной мембраны, которые
обеспечивают доставку более насыщенного раствора из глубины канала в диффузионный слой,
обеспечивая увеличение плотности тока. Этот рост нелинейный, особенно вблизи предельного тока, а
затем близкий к линейному, но угловой коэффициент (скорость) значительно меньше, чем на
предыдущем участке. Течение начинает все больше отличаться от Пуазейлевского, но вихрей еще
нет. Число Херста равно приближенно 0.97, следовательно, и на этом участке вольтамперной
характеристики получаем персистентный ряд, для которого имеется устойчивый тренд. Нет
нерегулярных колебаний и нет случайной составляющей. Течение раствора является устойчивым.- На
третьем участке, возникают и развиваются электроконвективные вихри возле катионообменной
мембраны. Рост плотности тока приблизительно линейный, но угловой коэффициент (скорость)
больше, чем на втором участке. Рост плотности тока вызван образованием и развитием возле
катионообменной мембраны электроконвективных вихрей, обеспечивающих доставку более
насыщенного раствора из глубины канала к поверхности мембраны. С увеличением падения
потенциала растет область завихренности возле катионообменной мембраны. Диффузионный слой
отделяется от поверхности мембраны. Число Херста равно приближенно 0.68, поэтому на этом
участке вольтамперной характеристики получаем персистентный ряд, для которого имеется
устойчивый тренд. Вольтамперная кривая изрезанная, имеются нерегулярные (непериодические)
колебания, но ряд не случайный. Течение раствора является устойчивым.- На четвертом участке,
наряду с электроконвективными вихрями возле катионообменной мембраны, возникают и
развиваются электроконвективные вихри и возле анионообменной мембраны. Рост плотности тока
приблизительно линейный, угловой коэффициент (скорость) еще больше, чем на предыдущем
участке. Дополнительный рост плотности тока вызван образованием и развитием наряду с
электроконвективными вихрями возле катионообменной мембраны, еще электроконвективных вихрей
и возле анионообменной мембраны, обеспечивающих доставку более насыщенного раствора из
глубины канала к поверхности анионообменной мембраны. Число Херста приближенно равно 0.66,
поэтому и на этом участке вольтамперной характеристики получаем персистентный ряд, для которого
имеется устойчивый тренд. Поскольку число Херста здесь меньше, чем на предыдущем участке, то
вольтамперная кривая более изрезанная, чем на предыдущем участке. Нерегулярные
(непериодические) колебания имеют большую амплитуду, что объясняется как резонансными
явлениями, так и усилением бифуркацией вихрей. Электроконвективные вихри у катионообменной
мембраны не взаимодействуют с электроконвективными вихрями у анионообменной мембраны в
пределах расчетного диапазона изменения скачка потенциала. Течение раствора на этом участке
является неустойчивым.На вольтамперной кривой имеется и пятый участок вольтамперной кривой, с
явно нерегулярными колебаниями. Анализ этого участка и выявление механизма нерегулярности
предполагается проводит в ходе выполнения следующего этапа проекта. Кроме того, необходимо
исследовать причины и степень неустойчивости течения раствора на четвертом и пятом участках. 4)
Нами теоретически вычислены критериальные чисел возникновения нестационарной
электроконвекции и показано, что существует несколько критериальных чисел электроконвекции для
электрохимической ячейки с гомогенными идеально селективными ионообменными мембранами. Нами
также определены критериальные числа, соответствующие появлению нестабильных
электроконвективных вихрей. Получены аналитические выражения, позволяющие оценить пороговый
скачок потенциала, при превышении которого вихри, образующиеся под действием внешнего
электрического поля у поверхности ионообменной мембраны, не подавляются вынужденным течением
жидкости. Показано, что с ростом скорости вынужденного течения пороговое значение скачка
потенциала увеличивается. Проведено сравнение пороговых скачков потенциала, найденных
аналитически, с численным расчетом. Численный расчет проведен с использованием «стандартной»
2D модели нестационарной электроконвекции при переносе бинарного электролита в
сверхпредельном токовом режиме в виде краевой задачи для системы уравнений Нернста-Планка-
Пуассона и Навье-Стокса. Показано, что существует несколько критериальных чисел образования
электроконвективных вихрей. Аналитически найдена асимптота пороговой кривой.
3.7.
Степень новизны полученных результатовВсе представленные в п. 3.6 результаты являются новыми и
3.8.
Сопоставление полученных результатов с мировым уровнемРезультаты проекта доложены на
3.9.
Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проектаПри выполнении данного проекта
важными для углубления понимания процесса сверхпредельного переноса в электрохимической
ячейке. В проекте впервые теоретически определена причина электроконвекции. В настоящее время
принято считать причиной электроконвекции наличие тангенциальной составляющей электрической
силы, либо электрохимическая неустойчивость. Нами показано, что причиной возникновения
электроконвекции является вихревой характер электрической силы. Впервые в рамках выполнения
проекта в 2013 году построена математическая модель, целиком основанная на фундаментальных
законах сохранения и, поэтому, не имеющая подгоночных параметров. С использованием этой
модели, впервые построена теоретически вольтамперная характеристика и проведен анализ ее
различных участков. Эта модель позволила впервые определить основные закономерности
возникновения и развития электроконвективных вихрей при наличии вынужденного течения. Таким
образом, впервые получен комплекс новых взаимодополняющих теоретических и экспериментальных
данных, измеренные в широком диапазоне токов и гидродинамических условиях, близким к реальным
процессам, происходящим в электрохимической ячейке. Критериальные числа электроконвекции и
критериальные числа, соответствующие появлению нестабильных электроконвективных вихрей
определены впервые. В ходе выполнения первого этапа получена полная декомпозиционная система
уравнений, включая новое уравнение для общей плотности тока, состоящего из тока смещения и тока
вызванного потоком ионов. Декомпозиционная система уравнений содержит почти в три раза меньше
неизвестных и уравнений чем исходная система.
международных конференциях «Ion transport in organic and inorganic membranes», Туапсе (Russia) 2 –
7 June 2013, Россия, «Engineering with Membranes. Towards a Sustainable Future», Saint-Pierre d’Oleron
(France), 3-7 September 2013 и др. На этих конференциях участвовали ведущие специалисты всего
мира в области фундаментальных и прикладных аспектов мембранной электрохимии. Обсуждение с
ними данных теоретических исследований (доклад исполнителей проекта В.В. Никоненко, А.В.
Коваленко и М.Х. Уртенова, P. Sistat , G. Pourcelly ) и экспериментов (доклад Васильевой В.И.),
позволяет заключить, что полученные результаты соответствуют мировому уровню. По некоторым
позициям, а именно, создание и численный анализ модели переноса в проточной электрохимической
ячейке с учетом пространственного заряда и электроконвекции не имеют аналогов и превосходят
мировой уровень. Необходимо также отметить, что участникам проекта, впервые в мире удалость
построить теоретическую вольтамперную характеристику для проточных электрохимических ячеек в
широком диапозоне изменения скачка потенциала и линейной скорости прокачки раствора. Таким
образом, полученные нами комплекс теоретических и экспериментальных данных находится на
мировом уровне или его превосходит. Новое уравнение для плотности тока и декомпозиционная
система уравнений не имеют аналогов и превосходят мировой уровень.
впервые учтено влияние пространственного заряда и электроконвекции на закономерности переноса
ионов соли в проточной электрохимической ячейке. Для учета пространственного заряда, в
потенциостатическом режиме, вместо условия электронейтральности, которое применялось при
математическом моделировании процессов при допредельных токовых режимах, впервые
использовано уравнение Пуассона. Для оценки влияния электроконвекции используется система
уравнений Навье – Стокса с учетом объемной электрической силы. Для численного решения краевых
задач для связанной системы уравнений Нернста – Планка – Пуассона и Навье – Стокса разработаны
оригинальный численный метод, основная идея которого заключается в использовании декомпозиции
системы уравнений на каждом слое по времени на две подзадачи: гидродинамики и массопереноса.
3.10.1.1. Количество научных работ, опубликованных в ходе выполнения проекта10
3.10.1.2. Из них включенных в перечень ВАК4
3.10.1.3. Из них включенных в системы цитирования (Web of science, Scopus, Web of Knowledge, Astrophysics,
PubMed, Mathematics, Chemical Abstracts, Springer, Agris, GeoRef)2
3.10.1.4. Из них в соавторстве с зарубежным партнером3
3.10.2. Количество научных работ, подготовленных в ходе выполнения проекта и принятых к печати1
3.11.
Участие в международных научных мероприятиях по тематике проекта, которые проводились при
финансовой поддержке Фонда2
3.12.
3.13.
Участие в экспедициях по тематике проекта, проводимых при финансовой поддержке Фонда
Финансовые средства, полученные от РФФИ500000 руб.
3.14.
Адреса (полностью) ресурсов в Internet, подготовленных авторами по данному проектуhttp://amd-
3.15.
Библиографический список всех публикаций по проекту за весь период выполнения проекта, в
порядке значимости: монографии, статьи в научных изданиях и т.д.1.Математическое моделирование
kubsu.ru
мембранных процессов с использованием COMSOL Multiphysics 4.3 : монография. Узденова А.М.,
Коваленко А.В., Уртенов М.Х., Никоненко В.В. Издательско-полиграфический центр Кубанского
государственного университета. Краснодар 2013 с. 2232. A mathematical model describing
voltammograms and transport numbers under intensive electrodialysis modes. Zabolotskii V.I., Lebedev K.A.,
Urtenov M.K., Nikonenko V.V., Vasilenko P. A., Shaposhnik V.A., Vasileva V.I. // Russian Journal of
Electrochemistry. № 49 (4). Maik Nauka/Interperiodica Publishing. Москва. 2013. с. 369-3803. Basic
mathematical model of overlimiting transfer enhanced by electroconvection in flow-through electrodialysis
membrane cells // Urtenov, M.K., Uzdenova, A.M., Nikonenko, V.V., Pismenskaya, N.D., Kovalenko A.V.,
Vasileva, V.I., Sistat, P., Pourcelly, G. Journal of Membrane Science: научный журнал. - 447 [Электронный
адрес размещения] Цифровой индентификатор DOI: 10.1016/j.memsci.2013.07.033. ELSEVIER . USA.
2013. С. 190-2024. Desalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives // Nikonenko
V.V., Kovalenko A.V., Urtenov M.K., Pismenskaya N.D., Han J., Pourcelly G., Sistat P. Desalination. ELSEVIER
USA 2013 (в печати)5. Критериальные числа образования электроконвективных вихрей в канале
обессоливания электродиализного аппарата // Коваленко А.В., Никоненко В.В., Узденова А.М.,
Уртенов М.Х. Сорбционные и хроматографические процессы №5 (14), 2013 Воронежский
государственный университет. Воронеж 2013 10 с.6. Математическая модель для описания
вольтамперных кривых и чисел переноса при интенсивных режимах электродиализа // Заболоцкий
В.И., Лебедев К. А., Уртенов М.Х., Никоненко В.В., Василенко П.А., Шапошник В.А., Васильева В.И.
Электрохимия: научный журнал.- (4)49 Академический научно-издательский, производственнополиграфический и книгораспространительский центр РАН "Издательство "Наука". Москва. 2013. с.
416–4277. Mathematical modeling of electroconvection in membrane systems changes of а space charge
with increasing potential drop // Uzdenova A., Kovalenko A., Nikonenko V., Urtenov M. Ion transport in
organic and inorganic membranes: proceeding international conference. Tuapse, 2 – 7 июня 2013. ООО
"БОСАНОВА". Краснодар. 2013. С. 270-2738. Mechanism of electroconvection in electrodialysis flowthrough cell // Nikonenko V., Urtenov M.K., Uzdenova A.M., Kovalenko A.V., Pismenskaya N.D., Vasileva V.I.,
Sistat P., Pourcelly G. Ion transport in organic and inorganic membranes: proceeding international
conference. Tuapse, 2 – 7 июня 2013. ООО "БОСАНОВА". Краснодар. 2013. С. 189-1929. Математическое
моделирование электроконвекции в камере обессоливания ЭДА. Часть 5. Сценарий развития
электроконвективных вихрей // Коваленко А.В., Никоненко В.В., Узденова А.М., Уртенов М.Х.
Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: труды IX
Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов. Просвещение-Юг. г. Краснодар.
2013. с. 134-13910. Моделирование электроконвекции в ЭМС с гомогенными мембранами // Коваленко
А.В., Атаманова Е.В., Уртенов М.Х. Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных
наук в регионах: труды IX Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов.
Просвещение-Юг. г. Краснодар. 2013. с. 8-10
3.16.
Библиографический список совместных публикаций (в соавторстве с зарубежным партнером по
проекту) за весь период выполнения проекта, предшествующий данному отчету, в порядке
значимости: монографии, статьи в научных изданиях с укказанием импакт-фактора журнала по базе
данных Web of Science1. Basic mathematical model of overlimiting transfer enhanced by electroconvection
in flow-through electrodialysis membrane cells // Urtenov, M.K., Uzdenova, A.M., Nikonenko, V.V.,
Pismenskaya, N.D., Kovalenko A.V., Vasileva, V.I., Sistat, P., Pourcelly, G. Journal of Membrane Science:
научный журнал. - 447 [Электронный адрес размещения] Цифровой индентификатор DOI:
10.1016/j.memsci.2013.07.033. ELSEVIER . USA. 2013. С. 190-2022. Desalination at overlimiting currents:
State-of-the-art and perspectives // Nikonenko V.V., Kovalenko A.V., Urtenov M.K., Pismenskaya N.D., Han
J., Pourcelly G., Sistat P. Desalination. ELSEVIER USA 2013 (в печати)3. Mechanism of electroconvection in
electrodialysis flow-through cell // Nikonenko V., Urtenov M.K., Uzdenova A.M., Kovalenko A.V., Pismenskaya
N.D., Vasileva V.I., Sistat P., Pourcelly G. Ion transport in organic and inorganic membranes: proceeding
international conference. Tuapse, 2 – 7 июня 2013. ООО "БОСАНОВА". Краснодар. 2013. С. 189-192
3.17.
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ, которому, по мнению
исполнителей, соответствуют результаты данного проектаиндустрия наносистем
3.18.
Критическая технология РФ, в которой, по мнению исполнителей, соответствуют результаты данного
проектаТехнологии наноустройств и микросистемной техники
3.19.
Основное направление технологической модернизации экономики России, которому, по мнению
исполнителей, соответствуют результаты данного проектаЭффективность и энергосбережение, в том
числе вопросы разработки новых видов топлива.
Подпись руководителя проекта
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторУзденова А.М.
9.3.
9.4.
Другие авторыКоваленко А.В., Уртенов М.Х., Никоненко В.В.
Название публикацииМатематическое моделирование мембранных процессов с использованием Comsol
9.5.
Язык публикациирусский
Multiphysics 4.3
9.6.1. Полное название изданияМатематическое моделирование мембранных процессов с использованием
Comsol Multiphysics 4.3
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
9.8.
Вид публикациимонография
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания
9.11. Страницы223
9.12.1. Полное название издательстваИздательско-полиграфический центр Кубанского государственного
университета
9.12.2. Город, где расположено издательствоКраснодар
9.13. Краткий реферат публикацииИзложены основы математического моделирования мембранных процессов
с использованием программной среды моделирования научно-технических задач Comsol Multiphysics 4.3.
Рассмотрено моделирование таких сложных и актуальных явлений, как электроконвекция,
гравитационная конвекция и др. Проводится исследование как известных моделей, так и новых
моделей, разработанных авторами.
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы10
Подпись руководителя проекта
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторZabolotskii V.I.
9.3.
9.4.
Другие авторыLebedev K.A., Urtenov M. K., Nikonenko V.V., Vasilenko P. A., Shaposhnik V.A., Vasil'eva V.I.
Название публикацииA mathematical model describing voltammograms and transport numbers under
9.5.
Язык публикациианглийский
intensive electrodialysis modes
9.6.1. Полное название изданияRussian Journal of Electrochemistry
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science0.514
9.7.
Вид публикациистатья в журнале
9.8.
9.9.
Завершенность публикацииопубликовано
Год публикации2013
9.10.1 Том издания4
9.10.2 Номер издания49
9.11. Страницы369-380
9.12.1. Полное название издательстваMaik Nauka/Interperiodica Publishing
9.12.2. Город, где расположено издательствоМосква
9.13. Краткий реферат публикацииВ статье описана математическая модель, описывающая
вольтамперограммы и числа переноса при интенсивных токовых режимах электродиализа. Описана
математическая трехслойная модель запредельного состояния, в которой вводится в рассмотрение
реакционный слой с толщиной, зависящей от плотности протекающего тока. Учитывается также
уменьшение толщины отдающего противоионы диффузионного слоя при увеличении плотности тока в
результате воздействия электроконвекции. Поставлена краевая задача в рамках модели Нернста–
Планка и Пуассона в трехслойной области с граничными условиями постоянства концентраций в
глубине раствора.
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы
Подпись руководителя проекта
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторUrtenov M.K.
9.3.
Другие авторыUzdenova A.M., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D., Kovalenko A.V., Vasil'eva V.I., Sistat P.,
9.4.
Название публикацииBasic mathematical model of overlimiting transfer in electrodialysis membrane systems
Pourcelly G.
enhanced by electroconvection
9.5.
Язык публикациианглийский
9.6.1. Полное название изданияElsevier Science Publishing Company
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science3.673
9.7.
9.8.
Вид публикациистатья в журнале
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания447
9.11. Страницы190-202
9.12.1. Полное название издательстваElsevier
9.12.2. Город, где расположено издательствоAmsterdam
9.13.
Краткий реферат публикацииМеханизмы для сверхпредельного тока и концентрационной поляризации в
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы63
Подпись руководителя проекта
электродиализаторах (ED) с ионно-обменными мембранами до сих пор до конца не изучены несмотря на
их полувековое существование. Авторами предлагается основная модель, основанная на уравнениях
Нернста-Планка-Пуассона полностью сопряженных с уравнениями Навье-Стокса и не содержащая
подгоночных параметров. На рассчитанных вольтамперных кривых (I -V) ED проточной ячейки
наблюдаются линейные области, наклонные плато превосходящие «предельный» ток и быстро
растущие зоны колебаний, характеризующиеся растущим током. Эти кривые и профили концентрации
сравниваются с экспериментальными данными и с «классическими» моделями. Показано, что
изначальная гладкая область, плато I–V, относится к электрокинетическому режиму Духина-Мишук.
Области с большими колебаниями относятся к нестабильному электрокинетическому режиму
Рубенштейна-Зальтцмана.
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторNikonenko V.V.
9.3.
9.4.
Другие авторыKovalenko A.V., Urtenov M.K., Pismenskaya N.D., Han J., Pourcelly G., Sistat P.
Название публикацииDesalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives
9.5.
Язык публикациианглийский
9.6.1. Полное название изданияDesalination
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science3.041
9.7.
Вид публикациистатья в журнале
9.8.
Завершенность публикациипринято в печать
9.9.
Год публикации2014
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания335
9.11. Страницы
9.12.1. Полное название издательстваELSEVIER
9.12.2. Город, где расположено издательствоUSA
9.13.
Краткий реферат публикацииУже около 60 лет, известно, что "предельная плотность тока" на самом
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы
деле не является пределом плотности тока при электродиализе (ED). Применение интенсивных токов
позволяет уменьшить площадь дорогих ионообменных мембран, следовательно, получить более
компактные ED аппараты, требующие более низких инвестиционных затрат. Однако на практике
сверхпредельные токи применяются исключительно в электродеионизации, а не в обычных ED
устройствах. В литературе (Штальтман) сверхпредельная плотность тока при ED считается находящейся
в разработке и в текущих исследованиях. А где находятся исследования на сегодняшний день? Каково
реальное понимание сверхпредельных массообменных процессов в мембранных системах? Насколько
электроконвекция принимает участие в главном механизме сверхпредельного переноса, что могут
принести конкретные знания и практики приобретенные в нано- и микрофлюидики опреснения? Есть ли
альтернатива классическим применяемым ЭД устройствам? Настоящий обзор призван дать некоторые
ответы на эти вопросы.
Подпись руководителя проекта
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторUzdenova A.
9.3.
9.4.
Другие авторыKovalenko A., Nikonenko V., Urtenov M.
Название публикацииMathematical modeling of electroconvection in membrane systems changes of а space
9.5.
Язык публикациианглийский
charge with increasing potential drop
9.6.1. Полное название изданияIon transport in organic and inorganic membranes: proceeding international
conference
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
9.8.
Вид публикациитезисы доклада
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания
9.11. Страницы270-273
9.12.1. Полное название издательстваООО "БОСАНОВА"
9.12.2. Город, где расположено издательствоКраснодар
9.13.
Краткий реферат публикацииАктуальной областью исследования интенсификации мембранных
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы4
Подпись руководителя проекта
процессов, построения новых микро- и нанофлюидных устройств является электроконвекция. В этой
работе, являющейся продолжением работ [ A.M. Uzdenova, A.V. Kovalenko, M.Kh. Urtenov, Mathematical
models of electroconvection in membrane systems. Karachaevsk, 2011 и V. Nikonenko, A. Kovalenko, M.
Urtenov, A. Uzdenova, N. Pismenskaya, V. Vasil’eva Theoretical and experimental study of overlimiting mass
transfer in electrodialysis // Ion transport in organic and inorganic membranes: Materials Proceedings
International Conference. 2012. P. 147-149] представлены новые закономерности электроконвекции в
проточных электродиализных мембранных системах, а именно изменения величины пространственного
заряда и размеров области пространственного заряда с ростом падения потенциала.
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторNikonenko V.
9.3.
Другие авторыUrtenov M.K., Uzdenova A.M., Kovalenko A.V., Pismenskaya N.D., Vasileva V.I., Sistat P.,
9.4.
9.5.
Название публикацииMechanism of electroconvection in electrodialysis flow-through cell
Язык публикациианглийский
Pourcelly G.
9.6.1. Полное название изданияIon transport in organic and inorganic membranes :materials Proceedings
International Conference
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
9.8.
Вид публикациитезисы доклада
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания
9.11. Страницы189-191
9.12.1. Полное название издательстваООО "БОСАНОВА"
9.12.2. Город, где расположено издательствоКраснодар
9.13.
Краткий реферат публикацииВ течение уже примерно 50 лет, известно, что "предельная плотность
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы4
Подпись руководителя проекта
тока" на самом деле не является предельной при электродиализе (ED). Очевидно также, что
использование сверхпредельных токов позволяет уменьшить площадь дорогостоящих ионообменных
мембран, следовательно, получить компактные ED установки с более низкими инвестиционными
затратами. В настоящее время установлено, что основным эффектом обеспечивающим
сверхпредельный перенос в разбавленных растворах является электроконвекция. Однако механизм
этого явления по-прежнему остается важной до конца не исследованной проблемой.
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторКоваленко А.В.
9.3.
9.4.
Другие авторыНиконенко В.В., Узденова А.М., Уртенов М.Х.
Название публикацииКритериальные числа образования электроконвективных вихрей в канале
9.5.
Язык публикациирусский
обессоливания электродиализного аппарата
9.6.1. Полное название изданияСорбционные и хроматографические процессы
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
Вид публикациистатья в журнале
9.8.
9.9.
Завершенность публикацииопубликовано
Год публикации2014
9.10.1 Том издания1
9.10.2 Номер издания14
9.11. Страницы
9.12.1. Полное название издательстваФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования Воронежский государственный университет
9.12.2. Город, где расположено издательствоВоронеж
9.13.
Краткий реферат публикацииДанная работа посвящена вычислению критериальных чисел,
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы13
Подпись руководителя проекта
соответствующих появлению нестабильных электроконвективных вихрей. Получены аналитические
выражения, позволяющие оценить пороговый скачок потенциала, при превышении которого вихри,
образующиеся под действием внешнего электрического поля у поверхности ионообменной мембраны,
не подавляются вынужденным течением жидкости. Показано, что с ростом скорости вынужденного
течения пороговое значение скачка потенциала увеличивается. Проведено сравнение пороговых
скачков потенциала, найденных аналитически, с численным расчетом. Численный расчет проведен с
использованием 2D модели нестационарной электроконвекции при переносе бинарного электролита в
канале обессоливания электродиализного аппарата (ЭДА) в сверхпредельном токовом режиме в виде
краевой задачи для системы уравнений Нернста-Планка-Пуассона и Навье-Стокса [1]. Показано, что
существует несколько критериальных чисел образования электроконвективных вихрей для канала
обессоливания электродиализного аппарата с гомогенными, идеально селективными ионообменными
мембранами. Большинство результатов справедливо для 3D.
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторЗаболоцкий В.И.
9.3.
Другие авторыЛебедев К.А., Уртенов М.Х., Никоненко В.В., Василенко П.А., Шапошник В.А., Васильева
9.4.
Название публикацииМатематическая модель для описания вольтамперных кривых и чисел переноса
В.И.
при интенсивных режимах электродиализа
9.5.
Язык публикациирусский
9.6.1. Полное название изданияЭлектрохимия
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science0.514
9.7.
9.8.
Вид публикациистатья в журнале
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания49
9.10.2 Номер издания4
9.11. Страницы416–427
9.12.1. Полное название издательстваАкадемический научно-издательский, производственно-полиграфический
и книгораспространительский центр РАН "Издательство "Наука"
9.12.2. Город, где расположено издательствоМосква
9.13. Краткий реферат публикацииПостроена математическая трехслойная модель запредельного состояния,
в которой вводится в рассмотрение реакционный слой (РС) с толщиной, зависящей от плотности
протекающего тока. Учитывается также уменьшение толщины отдающего противоионы диффузионного
слоя при увеличении плотности тока в результате воздействия электроконвекции. Поставлена краевая
задача в рамках модели Нернста–Планка и Пуассона в трехслойной области с граничными условиями
постоянства концентраций в глубине раствора. Показано, что рост толщины РС с увеличением
плотности тока определяет поведение эффективных чисел переноса в запредельном состоянии
ионообменной электромембранной системы. Толщина реакционного слоя в диапазоне рассматриваемых
токов (от 1 до 20 предельных) составляет несколько десятков нанометров и достигает значения 70 нм
при 100-кратном превышении предельного тока. Для расчета вольт-амперных кривых необходимо иметь
зависимость эффективной толщины N диффузионного слоя от плотности протекающего тока, которая
может быть получена из решения обратной задачи, из экспериментов лазерной интерферометрии или
рассчитана по гидродинамической модели Навье–Стокса. Модель позволяет рассчитать распределение
напряженности, потенциала, концентраций в диффузионных слоях и в мембране.
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы
Подпись руководителя проекта
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторКоваленко А.В.
9.3.
9.4.
Другие авторыНиконенко В.В., Узденова А.М., Уртенов М.Х.
Название публикацииМатематическое моделирование электроконвекции в камере обессоливания ЭДА.
9.5.
Язык публикациирусский
Часть 5. Сценарий развития электроконвективных вихрей
9.6.1. Полное название изданияСовременное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в
регионах: труды IX Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
9.8.
Вид публикациистатья в сборнике
Завершенность публикацииопубликовано
9.9.
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания
9.11. Страницы134-139
9.12.1. Полное название издательстваООО "Просвещение-Юг"
9.12.2. Город, где расположено издательствоКраснодар
9.13.
Краткий реферат публикацииДанная работа, являющаяся продолжением работ [Коваленко А.В.,
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы
Подпись руководителя проекта
Уртенов М.Х., Шапошникова Т.Л. Моделирование электроконвекции в электромембранных системах
водоподготовки, обусловленной гетерегенностью ионообменной мембраны//Энергосбережение и
водоподготовка. №1 (75), 2012, С.15-20 и Узденова А.М., Коваленко А.В., Уртенов М.Х. Математические
модели электроконвекции в электромембранных системах: монография.-Карачаевск: КЧГУ, 2011.-156с. и
Математическое моделирование электроконвекции в камере обессоливания ЭДА. Часть 1.
Математическая модель // Коваленко А.В., Никоненко В.В., Узденова А.М., Уртенов М.Х. Современное
состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: труды IX Всероссийской научной
конференции молодых ученых и студентов. Просвещение-Юг. г. Краснодар. 2013. с. 115-119],
посвящена численному исследованию устойчивости процессов переноса при учете электроконвекции,
на основе математической модели, предложенной в [Математическое моделирование электроконвекции
в камере обессоливания ЭДА. Часть 1. Математическая модель // Коваленко А.В., Никоненко В.В.,
Узденова А.М., Уртенов М.Х. Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в
регионах: труды IX Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов. ПросвещениеЮг. г. Краснодар. 2013. с. 115-119].
Форма 509M. ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА (ДЛЯ ИТОГОВЫХ ОТЧЕТОВ)
9.1.
9.2.
Номер проекта13-08-93106
Первый авторКоваленко А.В.
9.3.
9.4.
Другие авторыАтаманова Е.В., Уртенов М.Х.
Название публикацииМоделирование электроконвекции в ЭМС с гомогенными мембранами
9.5.
Язык публикациирусский
9.6.1. Полное название изданияСовременное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в
регионах: труды IX Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов
9.6.3. Импакт-фактор издания по базе данных Web of Science
9.7.
Вид публикациистатья в сборнике
9.8.
9.9.
Завершенность публикацииопубликовано
Год публикации2013
9.10.1 Том издания
9.10.2 Номер издания
9.11. Страницы8-10
9.12.1. Полное название издательстваООО "Просвещение-Юг"
9.12.2. Город, где расположено издательствоКраснодар
9.13. Краткий реферат публикацииВ статье было получено, что электроконвекция возникает при истощении
концентрации катионов и анионов соли при запредельной плотности тока. А так же при малых
начальных скоростях и большой разности потенциала. Поскольку протяженность пространственного
заряда увеличивается с разбавлением раствора (с уменьшением концентрации соли) или увеличением
плотности тока, вклад электроконвекции в сверхпредельный массоперенос растет. С увеличением
линейной скорости протока раствора вклад электроконвекции в сверхпредельный массоперенос,
наоборот, уменьшается.
9.14.
Общее число ссылок в списке использованной литературы
Подпись руководителя проекта
Форма 510. ЗАЯВКА НА 2014 г.
10.1.
10.2.
Номер проекта13-08-93106
Коды классификатора08-201 08-206
10.3.
Ключевые словаОбессоливание, электродиализ, декомпозиция, математическая модель,
10.4.
Цели очередного годичного этапа, связь с основной задачей проектаОсновной целью проекта в 2014
10.5.
Ожидаемые в конце 2014 г. научные результаты1) Будет проведено измерение ВАХ, ХП и СИ исходных и
10.6.
Общий объем финансирования на 2014 год600000
потенциостатический режим, пространственный заряд, электроконвекция, вольтамперная
характеристика, хронопотенциограмма
году является теоретическое и экспериментальное изучение взаимодействия электроконвекции и
вынужденного течения в канале обессоливания электродиализного аппарата, с использованием
математической модели и численных методов решения, методики проведения экспериментов,
разработанных в ходе выполнения проекта в 2013. С этой целью будут решены следующие задачи:1)
Изготовление экспериментальных образцов мембран с варьируемой электрической неоднородностью
поверхности путем напыления непроводящего материала на поверхность гомогенной мембраны.
Измерение вольтамперной характеристики (ВАХ), хронопотенциограмм (ХП) и частотных спектров
электрохимического импеданса (СИ) исходных и модифицированных мембран с использованием
виртуального измерителя импеданса-адмитанса;2) Визуализация поверхности исходных и
модифицированных мембран методами 3D сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой
микроскопии. Апробация методики с использованием конфокальной Рамановской спектроскопии для
изучения концентрационных профилей у поверхности мембран с варьируемыми характеристиками
поверхности (ЕИМ); 3) Теоретическое описание пороговой кривой зависимости скачка потенциала
возникновения электроконвекции от скорости вынужденного течения раствора и ВАХ при разных
характеристиках электрической неоднородности поверхности мембран (доли и размера непроводящих
участков) (КубГУ). Использование различных условий скольжения жидкости (условие Навье и условие
Очоа-Тапиа и Уайтэкера). Сравнение расчетов с экспериментом. Установление корреляции между видом
ВАХ и характеристиками электрической неоднородности поверхности мембран, а также степенью
гидрофобности ее поверхности; 4) Определение и анализ параметров моделей, корректировка моделей
(КубГУ, ИХП, ЕИМ).
модифицированных мембран с варьируемой электрической неоднородностью поверхности, а также
визуализация поверхности исходных и модифицированных мембран методами 3D сканирующей
электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. 2) Будет получено теоретическое описание
пороговой кривой зависимости скачка потенциала возникновения электроконвекции от скорости
вынужденного течения раствора и вольтамперной кривой при разных характеристиках электрической
неоднородности поверхности мембран (доли и размера непроводящих участков) (КубГУ). 3) Проведено
сравнение расчетов с экспериментом и установление корреляции между видом ВАХ и характеристиками
электрической неоднородности поверхности мембран.
10.7.1. Сроки проведения в 2014 г. экспедиции по тематике проекта
10.7.2. Ориентировочная стоимость экспедиции (в руб.)
10.7.3. Регион проведения экспедиции
10.7.4. Название района проведения экспедиции
10.8.1. Перечень оборудования и материалов, которые необходимо дополнительно приобрести, изготовить или
отремонтировать для успешного выполнения Проекта.
10.8.2. Перечень командировок (в том числе зарубежных), необходимых для выполнения Проекта.
10.9.1. Планируемая численность участников Проекта в 2014 году8
10.9.2. Полный список членов коллектива на 2014 годуУртенов Махамет АлиХусеевич, Р Мареев Семен
Александрович, И Васильева Вера Ивановна, И Коваленко Анна Владимировна, И Мельник Надежда
Андреевна, И Никоненко Виктор Васильевич, И Письменский Александр Владимирович, И Узденова
Аминат Магометовна, И