湍流二元电解质流动和传质特性的数值模拟

doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.02.015

上海大学学报(自然科学版) ›› 2013, Vol. 19 ›› Issue (2): 186-190.doi: 10.3969/j.issn.1007-2861.2013.02.015

湍流二元电解质流动和传质特性的数值模拟

周晓兰, 刘财喜, 董宇红

上海大学上海市应用数学和力学研究所, 上海200072

收稿日期:2012-04-28 出版日期:2013-04-30 发布日期:2013-04-30
通讯作者: 董宇红(1968—), 女, 研究员, 博士生导师, 博士, 研究方向为湍流和流体的传热传质. E-mail:dongyh@staff.shu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(11272198)

Numerical Simulation of Binary Electrolyte under Turbulent Channel Flow

ZHOU Xiao-lan, LIU Cai-xi, DONG Yu-hong

Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Shanghai University, Shanghai 200072, China

Received:2012-04-28 Online:2013-04-30 Published:2013-04-30

摘要/Abstract

摘要： 应用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)、传质学和电化学理论, 建立了二元电解质溶液湍流运动的物理和数学模型. 针对恒电流情况, 通过数值计算研究了电解质溶液的传质和运动特性, 讨论电解质溶液平均浓度场随电解时间的演变规律和电解质湍流流场结构, 分析不同Schmidt 数以及交换电流密度大小对电解质溶液平均浓度场和脉动场的影响.

关键词: 交换电流, 电化学, 计算流体力学, 湍流

Abstract: Based on the computational fluid dynamics (CFD), the mass transfer and electrochemistry theories, a model for turbulent electrode channel flow is established. The turbulent mass transfer in electrolytic processes is predicted with a direct numerical simulation method under galvanostatic condition. This paper investigates the mean concentration and the structure of concentration fluctuating fields for different Schmidt numbers. The effect of concentration boundary condition at the electrodes on the near-wall turbulence statistics is also discussed.

Key words: computational fluid dynamics (CFD), electrochemistry, exchange current, turbulence

中图分类号:

O 357.5

周晓兰, 刘财喜, 董宇红. 湍流二元电解质流动和传质特性的数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2013, 19(2): 186-190.

ZHOU Xiao-lan, LIU Cai-xi, DONG Yu-hong. Numerical Simulation of Binary Electrolyte under Turbulent Channel Flow[J]. Journal of Shanghai University（Natural Science Edition）, 2013, 19(2): 186-190.

参考文献

[1] 李荻. 电化学原理[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008.

[2] 杨玉书, 夏之宁. 电极扩散层内物质浓度及分布研究方法进展[J]. 分析化学评述与进展, 2000, 28(7): 897-903.

[3] Newman J. The effect of migration in laminar diffusion layers [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1967, 10(7): 983-997.

[4] Smyrl W, Newman J. Double layer structure at the limiting current [J]. Trans Faraday Soc, 1967, 63: 207-216.

[5] Bark F, Alavyoon F. Free convection in an electrochemical system with nonlinear reaction kinetics [J]. Journal of Fluid Mechanics, 1995, 290: 1-28.

[6] Alavyoon F. Unsteady natural convection and mass transfer in copper electrolysis with a supporting electrolyte [J]. Electrochimica Acta, 1992, 37(2): 333-344.

[7] Wallgren C, Bark F, Andersson B. Electrolysis of a binary electrolyte in two-dimensional channel flow [J]. Electrochimica Acta, 1996, 41(18): 2909-2916.

[8] Gurniki F, Fukagata K, Zahrai S, et al. LES of turbulent channel flow of a binary electrolyte [J]. Journal of Applied Electrochemistry, 2000, 30(12): 1335-1343.

[9] Newman J. Engineering design of electrochemical systems [J]. Engineering Chemistry, 1968, 60(4): 12-27.

[10] Gurniki F, Hark F. Turbulent free convection in large electrochemical cells with a binary electrolyte [J]. Journal of Applied Electrochemistry, 1999, 29(1): 27-34.

[11] Kim J, Moin P. Application of a fractionalstep method to incompressible Navier-Stokes equations [J]. Journal of Computational Physics, 1985, 59(2): 308-323.

[12] Verzicco R, Orlandi P. A finite-difference scheme for three-dimensional in compressible flows in cylindrical coordinates [J]. Journal of Computational Physics, 1996, 123(2): 402-414.

[13] Roy S, Gupte Y, Green T A. Flow cell design for metal deposition at recessed circular electrodes and wafers [J]. Chem Eng Sci, 2001, 56(17): 5025.

[1]	李德, 卢志明. 稳定分层均匀剪切湍流中逆梯度热输运结构特性[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2026, 32(1): 83-95.
[2]	王雪柔, 范东亮, 唐晓峰, 董宇红. 颗粒-槽道湍流两相流中热辐射和粒径分散性对流动和传热的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2026, 32(1): 96-107.
[3]	徐毅, 徐莎贝, 王金龙, 严太翔, 周子恒, 袁彬. 共价有机骨架/石墨炔复合材料电化学性能的分子动力学模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(5): 836-847.
[4]	涂建新, 郝魁, 孙乐, 李爱军. 基于薄膜晶体管的冠状病毒检测研究进展[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2024, 30(6): 989-1005.
[5]	刘宇陆1, 2, 3, 马玉朋4, 王超4, 陶亦舟3, 李家骅5, 夏玉显4, 邱翔1, 2, 3. 多孔介质壁面湍流边界层的研究进展[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2024, 30(5): 790-801.
[6]	徐向阳, 胡冠男, 王良军, 朱文浩, 张武. 结合机器学习的 SA 湍流模型闭合系数修正[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2024, 30(2): 341-351.
[7]	兰阳杰, 邵将洋, 崔彬彬, 钟羽武. 电聚合薄膜在钙钛矿电池中的应用 [J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(5): 946-959.
[8]	刘朝龙, 罗希, 张杨, 徐能能, 徐开兵. 电催化 CO₂ 还原立方体 Cu₂O 催化剂的制备及其在大面积膜电极反应器中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(5): 991-1002.
[9]	吴艳玲, 鄢浩, 戴扬, 张宝华. 多原子掺杂蜜胺泡绵基碳电极的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(2): 336-.
[10]	阳建林, 张义招, 周全. 湍流热对流系统中粗糙壁面对流动结构的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(6): 1038-1046.
[11]	琚歌, KHAN Muhammad Arif, 郑惠文, 安仲勋, 吴明霞, 赵宏滨, 徐甲强. 新型多孔聚苯胺在超级电容器电极材料中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 154-160.
[12]	张剑秋, 付凌霄, 陈龙, 张胜佳. 电化学方法乳液聚合甲基丙烯酸甲酯的制备和表征[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2018, 24(6): 925-930.
[13]	张一凡, 刘财喜, 董宇红. 多孔壁面槽道湍流中的流动阻力和传热[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2018, 24(3): 378-391.
[14]	周然, 樊亚夫, 邓康, 张振强, 任忠鸣. 电磁制动下板坯连铸结晶器内金属流场三维模拟的基本流态与主流场分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2016, 22(6): 701-709.
[15]	于文双1, 刘玲2, 郭昀1, 衣志伟2, 钱永彪2. H₂S电化学气体传感器的敏感特性评价[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2015, 21(1): 46-53.

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