As a link in the chain of the study on hydrodynamic problems in the electrodialysis process, mass transfer rates in a U-turn were investigated to understand the secondary flow effect on the limiting current density.
Mass transport in the electrolyte solution was described by a general mass transfer equation and an equation for potential gradient, and the boundary conditions were given by initial concentration and a relation between current density and concentration gradient. Using the concentration profile fitted to a third order polynomial and the velocity field derived from the creeping flow assumption, governing equations were solved by an integral method to yield asymptotic solutions representing very low and high polarization cases.
From the theoretical results, the desalting rate of the U-turn was observed to be slight higher than that of the straight channel, and the limiting current density evaluated by the present theory was most conservative since the membrane surface concentration was the lowest comparing with other studies.
Experiments were carried out to examine the theory. At low flow velocities, the agreement between two was good, and the limiting current density at higher flow velocities deviated from the theory due to the increased secondary flow velocity. It was thought that the secondary flow induced boundary layer skimming in the radial direction with a result of reducing polarization at the membrane surface.
전기투석기 내에서 발생하는 유체역학적 문제 해석의 일환으로서 전해질용액이 유자굽이를 돌아갈때 생기는 2차류가 한계전류밀도에 어떤 영향을 미치는 가에 대해 연구를 수행하였다.
전해질용액에서 일어나는 전달현상은 일반적인 물질전달식으로 표시되며, 경계조건으로 이온교환막 표면에서의 전류밀도와 농도구배사이의 관계식이 나타났다. 관련전달식에 3차다항식으로 가정한 농도분포와 서행류 가정하에서 구한 속도분포를 대입한 후, 적분법을 사용하여 2가지 한계농도 분극현상을 설명하는 점근해를 구했다.
점근해로부터 유로가 직선일 때와 반원인 때의 전류와 전압사이의 특성곡선을 얻었고, 이론적인 계산결과 반원의 경우 직선의 경우보다 담수효율이 5% 정도 증가함을 알았다. 또 3차다항식으로 가정한 농도분포에서 구한 막 표면 농도가 2차다항식 농도분포에서 얻은 것 보다 낮게 나오고, 그 결과 한계전류밀도가 작게 나옴을 알 수 있었다. 다른 문헌의 실험치와 비교한 결과 농도분포를 3차다항식으로 가정함이 2차다항식으로 가정하는 것보다 타당한 것 같았다.
실험실에서 제작한 전지투석기를 사용하여 일련의 실험을 행한 결과, 저유속에서는 실험치와 이론치가 근접함을 알았고, 유속이 증가할 수록 2차류에 의한 물질전달속도의 증가에 따라서 실험에 의한 한계전류밀도가 이론치보다 높게 나타남을 관찰할 수 있었다.
