The Effects of Surface Waviness and Length on Electrokinetic Transport in Wavy Capillary

Authors


Abstract

An electrokinetic model for a wavy capillary has been developed. Poisson-Nernst-Planck and Navier-Stokes equations constitute the model that governs fluid and ionic fluxes and electric potential distribution inside the capillary. In the present paper, a finite wavy cylindrical capillary with a large reservoir at both capillary ends is analyzed using finite element method. The model is used primarily to examine the influence of capillary surface waviness on the electrokinetic transport behaviours. Different frequencies and amplitudes of the wavy surface are considered to investigate the influence of surface waviness on electrokinetic transport. Fluctuations in potential and ionic concentration distribution increase with the increase in either amplitude or frequency of the capillary surface waviness. However, for higher frequencies the fluctuation diminishes for all surface waviness amplitudes. It is observed that for any irregularity in the capillary surface results in higher salt rejection. Salt rejection is found to be dependent on capillary axial length as well as flow velocity. A critical Peclet number, beyond which salt rejection attains a constant steady value, dictates maximum salt rejection.

Abstract

On a mis au point un modèle électrocinétique pour un capillaire onduleux. Les équations de Poisson-Nernst-Planck et de Navier-Stokes constituent le modèle qui gouverne le fluide et les flux ioniques ainsi que la distribution de potentiel électrique dans le capillaire. Dans le présent article, on analyse par la méthode des éléments finis un capillaire cylindrique onduleux fini possédant un grand réservoir aux deux extrémités du capillaire. Le modèle sert principalement à examiner l'influence de l'ondulation de la surface capillaire sur les comportements de transport électrocinétiques. On prend en compte différentes fréquences et amplitudes de la surface onduleuse pour étudier l'influence de l'ondulation de surface sur le transport électrocinétique. Les fluctuations dans la distribution de concentration potentielle et ionique augmentent l'amplitude ou la fréquence d'ondulation de surface capillaire. Toutefois, pour des fréquences plus élevées, la fluctuation diminue pour toutes les amplitudes d'ondulation de surface. On a observé que toute irrégularité dans la surface capillaire entraîne un plus grand rejet de sel. On a trouvé que le rejet de sel était dépendant de la longueur axiale de capillaire ainsi que de la vitesse d'écoulement. Un nombre de Peclet critique, au-delà duquel le rejet de sel atteint une valeur stable constante, dicte le rejet de sel maximum.

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