Закономерности термоэлектрокинетического эффекта в коллоидном растворе танина при подавлении естественной конвекции 

Александр Валентинович Сидоров, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики, радиотехники и электроники, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая область, г. Елец, ул. Коммунаров, 28), E-mail: dirnusir@mail.ru
Владимир Минович Грабов, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры общей и экспериментальной физики, Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена (Россия, г. Санкт-Петербург, набережная реки Мойки, 48), E-mail: vmgrabov@yandex.ru
Андрей Анатольевич Зайцев, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики, радиотехники и электроники, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая область, г. Елец, ул. Коммунаров, 28), E-mail: zaitsev@elsu.ru
Денис Владимирович Кузнецов, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики, радиотехники и электроники, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая область, г. Елец, ул. Коммунаров, 28), E-mail: kuznetcovdv007@mail.ru 

Актуальность и цели. Рассматривается термоэлектрокинетический эффект, который относится к специфическому классу перекрестных эффектов, происходящих при одновременном воздействии трех термодинамических сил. Оценивается влияние естественной конвекции на установившиеся поля температур и скоростей жидкости, формирующиеся при наличии термоэлектрокинетического эффекта. Разрабатывается метод подавления естественной конвекции при измерении термоэлектрокинетической электродвижущей силы (ЭДС), и проводится соответствующее исследование в водном растворе танина. Материалы и методы. Оценка влияния естественной конвекции на распределения температуры и скорости жидкости проводится на основе экспериментальных измерений ее поля температуры с помощью лабораторного тепловизора и вычислений соответствующих полей на основе численного решения уравнений Навье – Стокса, теплопроводности, неразрывности методом конечных элементов. Измерение термоэлектрокинетической ЭДС в коллоидном растворе танина с подавлением свободной конвекции проводится с помощью модифицированной экспериментальной установки, в которой направление температурного градиента меняется на противоположное. Результаты. На основе численного моделирования и экспериментальных измерений получены распределения температуры и скорости жидкости, находящейся в U-образной трубке. Результаты численных расчетов согласуются с результатами натурного эксперимента. Показано, что в классической постановке эксперимента по измерению термоэлектрокинетической ЭДС при подогреве жидкости в U-образной трубке снизу не удается создать значительного перепада температуры, от которого зависит величина термоэлектрокинетической ЭДС. Измерена термоэлектрокинетическая ЭДС коллоидного раствора танина в условиях подавленной конвекции. В этих условиях ЭДС достигает значительной величины. Выводы. Таким образом, естественная конвекция значительно влияет на проявление термоэлектрокинетического эффекта в жидких электропроводящих средах и ее подавление способствует формированию более высоких температурных градиентов. Благодаря этому увеличивается значение термоэлектрокинетической ЭДС. 

Ключевые слова

термоэлектрокинетический эффект, термоэлектрический эффект, свободная конвекция, уравнение Навье – Стокса, перекрестные процессы 

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Сидоров А. В., Грабов В. М., Зайцев А. А., Кузнецов Д. В. Закономерности термоэлектрокинетического эффекта в коллоидном растворе танина при подавлении естественной конвекции // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2024. № 3. С. 146–159. doi: 10.21685/2072-3040-2024-3-10