Estudios experimentales y teóricos del transporte iónico en electrodeposición en celdas delgadas

• Autores: Dengra, Silvina
• Año de publicación: 2004
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Marshall, Guillermo Ricardo; Molina, Fernando
• Materia: ELECTRODEPOSICION; TRANSPORTE IONICO; COMPUTACION PARALELA; ELECTRODEPOSITION; ION TRANSPORT; PARALLEL COMPUTING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se estudió el transporte iónico y la morfología de crecimiento en depósitos ramificados en celdas delgadas a través de mediciones experimentales y teóricas, y el modelado computacional. Se usaron en forma simultánea las técnicas de Schlieren y partículas trazadoras para seguir la evolución de los frentes de concentración y los rollos convectivos en regímenes gravitoconvectivos y electroconvectivos dominantes. El modelo teórico macroscópico se basa en primeros principios, la ecuación de Nernst- Planck para el transporte de iones, la ecuación de Poisson para el potencial electrostático y la ecuación de Navier-Stokes para el flujo de fluido. Se presentan simulaciones numéricas para configuraciones de celdas reales usando computación en serie y paralela. En las simulaciones numéricas en paralelo, se hizo uso de técnicas de descomposición por dominios y métodos fuertemente implícitos para su implementación en un cluster tipo Beowulf con MPI bajo Linux. Esto permitió la utilización de mallas muy finas en dorninios distorsionados que se acercan más a la realidad de los experimentos físicos realizados, con el beneficio de un speed up casi lineal para algunos casos. La teoría y las simulaciones numéricas predicen la completa interacción de los frentes, la generación de vértices y una correcta evolución espacio-temporal, en concordancia con los resultados experimentales observados.
Ion transport and growth morphology in ramified deposits in thin-layer cells are studied through experimental measurements and theoretical and computational modeling. Simultaneous Schlieren and particle image velocimetry techniques are used to follow front development of concentration fields and convection rolls in gravitoconvection and electroconvection prevailing flows. The theoretical macroscopic model is based on first principles, using the Nernst-Planck equations for ion transport, the Poisson equation for the electrostatic potencial and the Navier-Stokes equations for the fluid flow. Numerical simulations in realistic cell configurations using serial and parallel computing are presented. In the parallel simulations, use is of domain decomposition techniques with a strongly implicit iterative method and its implementation in a Beowulf cluster under MPI and Linux. This allows the utilization of very fine grids in highly distorted domains with a more realistic physical parametrization and results in a robust algorithm attaining almost linear speed up. Theory and simulations predict full front interaction, vortex generation and merging, and a space-time fronts evolution, in close agreement with the results observed in the experiments.
Fil: Dengra, Silvina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.