Основные закономерности переноса ионов в канале обессоливания

Возникновение и развитие пространственного заряда. Структура канала обессоливания.

а) б).

Рисунок 1. График плотности распределения заряда в безразмерном виде при а), б)

Постепенно увеличивая, получаем, пространственный заряд возникает около мембран при запредельном режиме, причем при дальнейшем увеличении падении потенциала область пространственного заряда увеличивается (рис.1). Кроме того, возле непосредственно вблизи мембран возникает погранслой, обусловленный влиянием граничного условия. Это влияние вне погранслоя практически отсутствует.

Из рисунка видно, что в ядре потока, т. е. в центральной части канала обессоливания электронейтральность раствора сохраняется с большой точностью (), а в области пространственного заряда процесс практически стационарен.

В зависимости от начального значения возможно возникновение и начального погранслоя.

Таким образом, структура канала обессоливания может быть достаточно сложна и канал может делиться на области электронейтральности, пространственного заряда, промежуточные слои и пограничные слои (диффузионный, диффузный, начальный).

Соленоидальность плотности тока.

Численные расчеты показывают, что в широких пределах изменения, например, при, при, поэтому можно ожидать, .

Таким образом, можно считать, что во всем канале, т. е. поле плотности тока является соленоидальной. Для объяснения этого интересного результата обратимся к уравнению (2):

Умножим каждое уравнение на и сложим, тогда:

В области электронейтральности с большой точностью выполняется условие электронейтральности, следовательно, с такой же точностью. С другой стороны в области пространственного заряда из-за стационарности процессов переноса имеем, следовательно, опять .

Таким образом, поле плотности тока с достаточной точностью можно считать соленоидальным во всем канале обессоливания, хотя это выполняется в разных участках канала по различным причинам.

Основные закономерности распределения концентрации ионов.

а) б).

Рисунок 2 — Графики при.

а) б).

в) г) Рисунок 3 — Графики а), б) — при, в), г) — при.

1с 2с 4с.

6с 10с 20с Рисунок 4 — Формирование начального погранслоя. Графики в размерном виде в разные моменты времени в секундах при.

Расчеты показывают, что концентрации в области электронейтральности практически меняются по линейному закону, а в области пространственного заряда малы, причем одна из концентраций экспоненциально мала, а вторая почти постоянна. В области пространственного заряда устанавливается стационарный режим (рис.2−4).

С уменьшением изменения становятся более резкими, погранслои ярко выраженными. Процесс быстро стабилизуется, начальный погранслой формируется за короткое время, зависящее от, в ядре потока появляется «плато» с практически постоянным значением концентрации.