The electrode current of the membrane covered-electrode is influenced by the fluid motion outside the membrane surface. The current response of the electrode with respect to the fluid motion in stagnation flow was investigated in this study.
A large Clark type electrode was fabricated for this experiment. It housed the platinum cathods (5mm diameter) and Ag/AgCl reference electrode as an anode in single glass tube filled with 0.1 N KCl solution. The bottom of the electrode was covered with an oxygen permeable membrane.
The current from the electrodes depends on the oxygen transfer rate which is largely controlled by both membrane and hydrodynamic boundary layer of sample fluid. The mathematical model was set up to analyze the oxygen transport in this flow regime and the current estimated from the model was compared with the experimental results.
One dimensional model was in good agreement with experimental results when the fluid velocity was higher (0.2cm/sec) in the case of polyethylene membrane-covered electrode. Also the result showed that the current increased as the membrane thickness became thinner and fluid velocity became faster. However the current did not increase above certain fluid velocities (2cm/sec for 21 μ P.E film and 1cm/sec for 33 μ P.E. film). At lower velocities one dimensional model was no longer valid since the thickness of mass transfer boundary layer id comparable or larger than the size of the electrode. Therefore radial diffusion term neglected in one dimensional model becomes very important. In this case two dimensional model should be developed.
Membrane covered electrode 를 사용하여 산소농도를 측정 함에 있어서 membrane 외부에서 유체흐름의 형태는 전극의 전류에 영향을 준다. 본 연구에서는 membrane 외부에 stagnation flow 가 이루어 졌을때 전류 반응을 고찰 하였다.
실험에 쓰인 전극은 Large Clark electrode 이다. 이것은 백금음극과 Ag/AgCl 양극으로 구성 되었는데 이들을 산소가 투과 할수 있는 polyethlene 막으로 씌우고 0.1N KCl 용액으로 채워 졌다.
음극에서 환원 될때 발생하는 polarographic 전류를 측정하여 산소 농도를 얻을 수 있게 되는데 이때 전류는 산소전달 속도에 비례 한다.
산소전달은 측정하고자 하는 유체에 의한 boundary layer 와 membrane에 의해 좌우 된다.
stagnation flow에서 산소전달 현상을 해석하기 위해 몇가지 가정하에 수학적 model 을 세우고 이 결과를 실험치와 비교 하였다. 공기로 포화시킨 물을 사용한 실험에서 유속이 1cm/sec 이상일때는 유속의 변화에 전극 전류는 거의 영향을 받지 않으며 실험결과는 계산치와 잘 맞는다.
유속이 느릴때는 전극전류는 유속의 영향이 커지며 이부분은 실험치와 계산치는 잘맞지 않는다.
유속이 느려지면 유체역학적인 boundary layer를 가정한 일차원적인 diffusion model을 사용하는 것은 적절하지 않으므로 radial 방향의 diffusion을 고려한 2차원적인 model이 개발 되어야 한다.
