RUS  ENG
Полная версия
ЖУРНАЛЫ // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки // Архив

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки, 2024, выпуск 3, страницы 146–159 (Mi ivpnz809)

Физика

Закономерности термоэлектрокинетического эффекта в коллоидном растворе танина при подавлении естественной конвекции

А. В. Сидоровa, В. М. Грабовb, А. А. Зайцевa, Д. В. Кузнецовa

a Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина, Елец
b Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена, Санкт-Петербург

Аннотация: 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

УДК: 538.931

DOI: 10.21685/2072-3040-2024-3-10



© МИАН, 2025