Перенос ионов в трехслойных ионообменных мембранных системах при интенсивных токовых режимах — страница 12

  • Просмотров 383
  • Скачиваний 13
  • Размер файла 136
    Кб

тока (рис. 5), которая поддается прямой верификации с помощью измерения (i) методом лазерной интерферометрии. Кроме этого параметра, с помощью модели получено распределение концентраций в диффузионном слое, распределениz напряженности электрического поля и плотности заряда. Рис. 5. Численный расчет зависимости безразмерной толщины диффузионного слоя от плотности протекающего тока для различных комбинаций вольт-амперных

кривых и зависимостей чисел переноса от плотности протекающего тока : 1 – T-—U+; 2 – T-—U0; 3 – T-—U-; 4 – T0—U+; 5 – T0—U0; 6 – T0—U-; 7 – T+—U+; 8 – T+—U0; 9 – T+—U- . Из полученных расчетных данных (рис. 5) видно, что толщина отдающего противоионы диффузионного слоя резко уменьшается с ростом плотности тока. Это можно объяснить тем, что у поверхности мембраны появляется неоднородный объемный заряд. В результате взаимодействия внешнего

электрического поля и объемного заряда возникают электрические силы, действующие на раствор. С другой стороны, протекающая диссоциация воды (о чем можно судит по снижению величин эффективных чисел переноса противоионов с ростом тока (рис. 4)) «сбивает» пространственный заряд (рис. 6) и существенного уменьшения толщины диффузионного слоя в этом случае нет (рис. 5, кривые 1, 2, 3). Также было показано, что пространственный заряд

занимает сравнительно небольшую приграничную область и при токах не сильно превосходящих предельное значение i ~ (2÷4)iпр и при более значительных токах i ~ (15÷20)iпр, тогда как в моделях, не учитывающих влияние конвекции, с постоянной толщиной диффузионного слоя (например, модель, предложенная в главе 4), ОПЗ расширяется в соответствии с законом и уже при занимает почти весь диффузионный слой. Рис. 6. Распределение плотности заряда в

диффузионном слое (I) при токе 95,2 А/м2 (17,7·Iпр), рассчитанное для различных комбинаций зависимости эффективных чисел переноса от плотности тока и вольт-амперных кривых (рис. 3, 4): 1 – T+—U+; 2 – T+—U0; 3 – T+—U-; 4 – T0—U+; 5 – T0—U0; 6 – T0—U-; 7 – T-—U+; 8 – T-—U0; 9 – T-—U- При заданной форме кривой T(i) зависимость толщины диффузионного слоя от плотности тока полностью определяется расположением вольт-амперной кривой Ui относительно теоретической U*,

рассчитанной по модели с постоянной толщиной диффузионного слоя. Этот вывод имеет в большей степени теоретическое значение, так как реально наблюдаемые на практике вольт-амперные кривые лежат, как правило, много выше теоретической кривой U*, поэтому в таких системах наблюдается уменьшение толщины диффузионного слоя, которое при токах значительно превышающих предельный может составлять величину более 80% от исходной толщины δ0