Главная > Химия > Электрохимические системы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

109. Вращающиеся цилиндры

Эйзенберг и др. [38], а также Арвиа и Карроцца [39] изучали массоперенос между двумя концентрическими цилиндрами при вращении внутреннего цилиндра с угловой скоростью Q. Тангенциальное ламинарное течение между электродами не дает вклада в скорость массопереноса, поскольку в этом случае скорость жидкости перпендикулярна к потоку массы. При более высоких скоростях вращения течение еще остается ламинарным, но перестает быть тангенциальным за счет возникновения так называемых вихрей Тейлора. При этом на тангенциальное движение жидкости накладывается движение вдоль радиуса и вдоль оси цилиндров, причем направление этого дополнительного движения зависит от положения точки по оси, как показано на рис. 4-2 и 4-3. При еще более высоких скоростях вращения течение становится турбулентным; турбулентность наступает при меньших скоростях вращения, если вращается внутренний цилиндр. Массоперенос в турбулентном течении изучался в цитированных выше работах.

Однородное распределение тока для тангенциального течения обусловлено цилиндрической геометрией системы. Соответствующее выражение имеет вид

или, в безразмерной форме,

где — диаметр внутреннего, вращающегося цилиндра, — диаметр цилиндра при предельном токе, число Нуссельта и — число Рейнольдса.

В работе Эйзенберга и др. [38] в случае предельного тока вращался внутренний электрод, т. е. Результаты, которые были получены в области изменения числа Рейнольдса от 112 до 162 000 и числа Шмидта от 2230 до 3650, согласуются с уравнениями (109-1) и (109-2) с точностью до 8,3%. Арвиа и Карроцца [39] измеряли предельные скорости массопереноса на стационарном внешнем электроде.

В гл. 1 вращающиеся цилиндры рассматривались в качестве иллюстрации поведения электрохимических систем.

При описании электрохимических систем весьма важны свойства поверхности, особенно для изучения кйнетики электродных процессов. Поэтому при выборе системы следует избегать неоправданных существом дела осложнений.

Вращающийся дисковый электрод широко использовался при изучении электродных реакций, протекающих с умеренными скоростями. Это было вызвано тем, что характер течения в этом случае хорошо известен, концентрационные изменения легко вычисляются и к тому же поверхность диска равнодоступна в диффузионном отношении (разд. 96 и 103). Однако нельзя забывать о том, что первичное распределение тока неоднородно. Эта проблема становится еще более серьезной при быстрых реакциях, высоких плотностях тока и больших радиусах диска (см., разд. 116 и 117, а также гл. 21).

Быть может, необходимо уделить больше внимания возможностям использования вращающихся цилиндрических электродов. В этом случае как первичное, так и ограниченное массопереносом распределения тока однородны, причем даже для турбулентного течения можно вычислить и омическое падение потенциала, и изменение концентрации на электродах. В такой системе разве что труднее поддерживать чистоту по сравнению с вращающимся дисковым электродом.

Другую возможность избежать концентрационных изменений при изучении кинетики электродных процессов, протекающих с умеренными скоростями, дает скачкообразное изменение тока. После скачка регистрируется изменение во времени электродного потенциала, прежде чем концентрация успеет заметно измениться. Изучая этим методом электроосаждение меди, Мэттсон и Бокрис [40] применяли небольшие сферические электроды, на которых первичное распределение тока должно быть

однородным, а омическое падение потенциала можно рассчитать. Если первичное распределение тока неоднородно, то метод скачка тока применять не следует.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление