Экспериментальное исследование и математическое моделирование автоколебательных процессов на межфазной границе электрод – магнитная жидкость в электрическом поле
Аннотация
В статье описана математическая модель автоколебаний в виде краевой задачи для нелинейной системы уравнений в частных производных, получено численное решение и показана адекватность модели путем сравнения с экспериментом. В модели использовалась классическая система дифференциальных уравнений материального баланса, Нернста-Планка и Пуассона без упрощений и подгоночных параметров. Целью статьи было исследование параметров автоколебаний концентрации в слое частиц дисперсной фазы магнитной жидкости на границе с электродом в электрическом поле на основе разработанной математической модели и ее обоснование с точки
зрения физического механизма.
В результате численных экспериментов было определено критическое значение скачка потенциала, при котором начинаются автоколебания, найдено время установления периода колебаний и другие характеристики процесса. Разработан программный продукт «AutoWave01» с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и расширенным функционалом, предназначенный для изучения автоколебаний в тонком слое магнитного коллоида.
Скачивания
Литература
Muradova A. G., Sharapaev A. I., Zaytseva M. P., Kuznetsova S. A., Yurtov E. V. Nanostructured iron oxides. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2019; 1 (211): 77–78. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38098384 (In Russ., abstract in Eng.)
Zakinyan A. Electrical conductivity of inverse magnetic fluid emulsion. Magnetohydrodynamics. 2018;54(1-2):163–166. https://doi.org/10.22364/mhd.54.1-2.29
Chekanov V. V., Kandaurova N. V., Rakhmanina Yu. A., Chekanov V. S. Indikator ul’trazvuka 2 [Ultrasound indicator 2]. Patent RF, no. 2446384, 2012. Publ. 27.03.2012, bull. no. 9.
Chekanov V. V., Kandaurova N. V., Rakhmanina Yu. A., Chekanov V. S. Indikator teplovogo izlucheniya [Heat radiation indicator]. Patent RF, no. 2446422, 2012. Publ. 27.03.2012, bull. no. 9.
Chekanov V. V., Kandaurova N. V., Rakhmanina Yu. A., Chekanov V. S. Indikator raznosti potentsialov [Potential difference indicator]. Patent RF, no. 2449382, 2012. Publ. 27.04.2012, bull. no. 12.
Chekanov V. V., Kandaurova N. V., Chekanov V. S. Observation of the autowave process in the nearelectrode layer of the magnetic fluid. Spiral waves formation mechanism. Journal of Molecular Liquids. 2018; 272: 828–833. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.073
Shliomis M. I. Magnetic fluids. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 1974; 112 (3): 427. https://doi.org/10.3367/ufnr.0112.197403b.0427
Rosenzweig R. E. Ferrohydrodynamics. Cambridge University Press; 1985. 344 p.
Born M., Wolf E. Principles of optics. Pergamon Press; 1959. 803 p.
Chekanov V. V., Kandaurova N. V. Chekanov V. S., Romantsev V. V. Application of electrically controlled interference to observe the autowave process in the near-electrode layer of a magnetic fluid and in an electroprojectible color filter. Journal of Optical Technology. 2019; 86 (1): 21–26.
https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-01-21-26
Zhakin A. I. Ionic conductivity and complexation in liquid dielectrics. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 2003; 173 (1): 51–68. https://doi.org/10.3367/ufnr.0173.200301c.0051 (In Russ.)
Zhakin A. I. Kinetika agregirvaniya v nepolyarnykh zhidkikh dielektrikakh. [Aggregation kinetics in non-polar liquid dielectrics.] Elektronnaya obrabotka materialov (Electronic Processing of Materials). 2015; 51 (4): 49–60. https://eom.ifa.md/en/journal/shortview/1206 (In Russ., abstract in Eng.)
Zhakin A. I. Near-electrode and transient processes in liquid dielectrics. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 2006; 176 (3): 279–310. https://doi.org/10.3367/ufnr.0176.200603d.0289
Zhakin A. I. Electrohydrodynamics. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 2012; 55 (5): 465–488. https://doi.org/10.3367/ufne.0182.201205b.0495
Stishkov Yu. K., Bogdanov D. V. Effect of nonequilibrium near-electrode layers on the structure of EHD flows in the three-ions model of a dielectric liquid. Technical Physics. 2017; 62(8): 1156–1162. https://doi.org/10.1134/s1063784217080266
Kozhevnikov V. M., Larionov Yu. A., Demin M. S. Charge transfer and accumulation in a layer of a magnetodielectric colloid with nanosized particles. Vestnik Severo-Kavkazskogo Federalnogo Universiteta (Newsletter of North-Caucasus Federal University). 2008; 3: 46-50. Available at:
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11674845 (In Russ., abstract in Eng.)
Kolesnikova A., Zakinyan A. Rotating magnetic field induced structure formation in a magnetic fluid emulsion. Magnetohydrodynamics. 2018;54(1-2): 45–48. https://doi.org/10.22364/mhd.54.1-2.8
Kuz’ko A. E., Chekanov V. S. Anisotropy of magnetic fluid conductivity in constant magnetic fields. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2020; 56 (6): 727–733. https://doi.org/10.3103/S1068375520060095
Kozhevnikov V. M., Larionov Y. A., Chuenkova I. Y. Features of electrical properties in a structured thin magnetic fluid layer. Magnetohydrodynamics. 2018;54(1-2): 55–59. https://doi.org/10.22364/mhd.54.1-2.10
Dukhin S. S., Estrela L’opis V. R., Zholkovskii E. K. Elektropoverkhnostnye yavleniya i elektrofil’trovanie [Electrosurface phenomena and electrofiltration]. Kiev: Naukova dumka Publ.; 1985. 288 p. (In Russ.)
Erin K. V. Study of the kinetics of space charge formation in colloidal magnetic nanoparticles in liquid dielectrics. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2017; 53 (4): 327–332. https://doi.org/10.3103/S1068375517040044
Erin K. V. An electro-optical study of electrophoresis of colloidal magnetite particles in kerosene in the field of near-electrode volume charge. Colloid Journal. 2015; 77 (1): 20–24. https://doi.org/10.1134/s1061933x15010068
Vavilin V. A. Avtokolebaniya v zhidkofaznykh khimicheskikh sistemakh [Self-oscillations in liquidphase chemical systems]. Priroda. 2000; 5: 19–24. Available at: https://w w w.elibrar y.ru/item.asp?id=35128874 (In Russ.)
Chekanov V. V., Kandaurova N. V., Chekanov V. S. Effect of a nearsurface nanolayer formation on the magnetic fluid electrical properties. Acta Technica. 2018; 63 (4): 555–562.
Chekanov V. S., Kovalenko A. V., Diskaeva E. N., Kirillova, E. V. Mathematical modeling of autowave process in a thin layer of magnetic colloid. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation. 2020; 17 (4): 57–67. https://doi.org/10.31429/vestnik-17-4-57-67
Urtenov M. K., Uzdenova A. M., Kovalenko A. V. Nikonenko V. V., Pismenskaya N. D., Vasil’eva V. I., Pourcelly G. Basic mathematical model of overlimiting transfer enhanced by electroconvection in flowthrough electrodialysis membrane cells. Journal of Membrane Science. 2013; 447: 190–202. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.07.033
Nikonenko V. V., Vasil’eva V. I., Akberova E. M., Uzdenova A. M., Urtenov M. K., Kovalenko A. V., Pismenskaya N. D., Mareev S. A., Pourcelly G. Competition between diffusion and electroconvection at an ion-selective surface in intensive current regimes. Advances in Colloid and Interface Science. 2016; 235: 233–246. https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.06.014
Gudza V. A., Pismenskiy A. V., Urtenov M. K., Shkorkina I. V., Chubyr N. O., Kovalenko А. V. The influence of water dissociation/recombination on transport of binary salt in diffusion layer near ionexchange membrane. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. 2020; 12 (4): 923–935. https://doi.org/10.5373/JARDCS/V12SP4/20201563
Kovalenko A. V., Yzdenova A. M., Sukhinov A. I., Chubyr N. O., Urtenov M. Kh. Simulation of galvanic dynamic mode in membrane hydrocleaning systems taking into account space charge. AIP Conference Proceedings. 2019; 2188 (1): 050021. https://doi.org/10.1063/1.5138448
Copyright (c) 2021 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
