Электрогидродинамика течения растворов электролитов в тонких щелях при стационарном и переменном внешнем электрическом поле

• Автор: Корюзлов, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Глава 1. НЕУСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ПОЛЯРНОЙ ЖИДКОСТИ В ПОСТОЯННОМ ВНЕШНЕМ ПОЛЕ. ЧИСЛЕННЫЙ
ЭКСПЕРИМЕНТ

§1. Модель ДЭС

§2. Зависимости для потенциала и электроосмотической скорости

§3. Проведение расчётов и анализ результатов

Выводы

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ В НЕСТАЦИОНАРНОМ И

НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ

§1. Течение в нестационарном поле

§2. Течение в пространственно неоднородном поле

Выводы
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ДВУХФАЗНОГО ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ
§ 1. Предварительные теоретические оценки, критерии выбора
флюидов
§2. Постановка и планирование эксперимента
§3. Анализ полученных результатов
Выводы
Заключение
Список литературы
Актуальность проблемы
Всё более широкое использование электровоздействия в различных отраслях добывающей промышленности (нефтедобыча, подземное выщелачивание металлов, водообеспечение) требует детального изучения физических процессов, являющихся основой данной технологии. Одним из механизмов электровоздействия является перемещение насыщающих флюидов в поровом пространстве за счёт электроосмоса при приложении внешнего электрического поля. Характер течения жидкостей в микроканалах пористой среды зависит при этом от ряда факторов, связанных как с параметрами воздействующего поля, так и со свойствами самой жидкости, стенок канала, его геометрии и т.д. Понимание роли каждого из таких факторов необходимо для прогнозирования результатов электровоздействия и выявления наиболее значимых параметров, влияющих на данный процесс.
При этом важно подчеркнуть, что с уменьшением характерных размеров поровых каналов до масштаба микропор (порядка 10‘6-10"8 м) электроосмотические эффекты и эффекты межфазного взаимодействия становятся определяющими в формировании профиля скорости в канале.
Ряд опубликованных в последние годы работ был посвящен экспериметальному изучению профилей скорости в ультратонких каналах в процессе установления электроосмотического течения путём высокоскоростной фотосъёмки. Достаточно хорошо, как экспериментально, так и теоретически, изучено стационарное течение электролитов в ультратонких каналах различной геометрии. Однако малоисследованными остаются процессы развития электроосмотического течения во времени и двухфазное течение под действием внешнего электрического поля.
Таким образом, изучение нестационарной стадии однофазного электроосмотического течения, а также совместное электроосмотическое движение двух фаз в тонких щелях представляется весьма актуальным.

Цель и задачи исследования
Целью работы является анализ влияния различных параметров электроосмотического течения (таких как дзета-потенциал, напряжённость внешнего электрического поля и т.п.) на формирование профиля скорости и характер вытеснения неполярной жидкости, а также экспериментальная проверка полученных теоретически результатов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Построение математической модели неустановившегося электроосмотического течения жидкости в микроканале, поперечный размер которого не превосходит нескольких толщин двойного электрического слоя;
2. Исследование на базе разработанной модели влияния неоднородного и переменного внешнего электрического поля и электрокинетических параметров на характер течения раствора электролита в тонкой щели;
3. Расчёт процесса вытеснения неполярной жидкости раствором электролита;
4. Планирование и постановка эксперимента по вытеснению неполярной жидкости раствором электролита;
5. Обработка полученных экспериментальных данных и сравнение с ними результатов расчётов.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается совпадением полученных решений в предельных случаях с уже известными теоретическими результатами, а также тем, что сравнение данных численного моделирования и физических экспериментов по двухфазному электроосмотическому течению показало их хорошее совпадение в соответствующих диапазонах параметров (средних и высоких дзета-потенциалов).

1_=0 001 1_=0 01 1_=0.1 1_=10
/■ у у Чг Ч V I и
4 У / У у у у У п и ц /"1
у'" у 4 У 1.1 г!

Рис. 16. Характерные особенности электроосмотического течения.
Через время порядка 1мс (см. Рис. 12) скорость резко развивается в ДЭС до максимума и по мере удаления от стенки падает практически до нуля, т.к. в объёме концентрация ионов мала. Течение в слое ДЭС можно назвать активным в силу того, что именно оно приводит в движение остальные слои жидкости благодаря вязкостным силам. Характер развившегося электроосмотического похож на поршневой - жидкость движется с одинаковой скоростью почти по всему сечению канала -исключением является небольшая область вблизи стенки канала. Расчёт для Рис. 16 проведён с использованием условий перечисленных на стр. 38.
Поле электроосмотической скорости зависит от нескольких параметров: напряжённости приложенного электрического поля, величины дзета-потенциала, раскрытия щели.