СЕМИНАР ПО МЕХАНИКЕ СПЛОШНЫХ СРЕД

Уважаемые коллеги!

В среду, 7 июня 2017 г., в кинозале Института механики МГУ в 12.00 состоится очередное заседание семинара по механике сплошных сред под руководством А.Г. Куликовского, В.П. Карликова и О.Э. Мельника.

Ганченко Н.Ю., Демехин Е.А., Никитин Н.В.

ТЕРМОЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И ЯВЛЕНИЕ СУПЕРКОНЦЕНТРАЦИИ ОКОЛО ПОЛУПРОВОДЯЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Теоретически обнаружен и исследован новый тип электрогидродинамической неустойчивости раствора электролита около ионоселективных поверхностей под действием внешнего электрического поля. Физический механизм данной неустойчивости связан с джоулевым нагревом жидкости, однако, коренным образом отличается от тепловой конвекции Рэлея–Бенара. Исследовалась система уравнений Нернста–Планка–Пуассона–Стокса с добавлением уравнения теплопроводности с соответствующими краевыми условиями. Система имеет решение типа одномерного состояния равновесия. Это решение может терять устойчивость, как по отношению к коротковолновым возмущениям, так и по отношению к длинноволновым. Первый случай соответствует проявлению электрокинетической неустойчивости Зальцмана–Рубинштейна, а во втором случае проявляется новый тип неустойчивости, термоэлектрокинетическая неустойчивость. Последняя превалирует для длинных микроканалов с хорошей термоизоляцией. Помимо анализа линейной устойчивости одномерного решения системы, было также проведено прямое численное моделирование полной трехмерной нелинейной системы. Расчеты проводились на суперкомпьютере «Ломоносов», МГУ, с использованием параллельных вычислений. Была исследована эволюция малых возмущений, приводящая к образованию необычных когерентных структур и сопровождающаяся взрывной вторичной неустойчивостью. В этих структурах соль концентрировалась в узких шнурах, идущих от катода к аноду, и по форме напоминающих сталактиты; вне «сталактитов» концентрация была практически нулевой, в то время как в зоне «сталактитов» концентрация могла достигать сотен от начальной. Так как концентрация соли соответствует электрической проводимости, то в зоне «сталактитов» температура и электрический ток достигали резкого максимума. Электрический заряд формируется в виде короновидных локализованных около катода микро-структур. Подобное явление суперконцентрации наблюдалось в экспериментах с другими микротечениями: группа Вонга (Тайвань) и Хана (Массачусетс, США).