Явище концентраційної поляризації: стан проблеми і актуальні напрямки досліджень
| dc.contributor.author | Мишковець С. M. | |
| dc.contributor.author | Myshkovets Sergii M. | |
| dc.date.accessioned | 2026-11-06T10:28:27Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | Концентраційна поляризація є одним із ключових явищ масопереносу, що виникає під час мембранного розділення, у електрохімічних системах, тепло- і масообмінному обладнанні, а також у багатьох технологічних процесах енергетичного машинобудування. Формування поблизу поверхні розділу фаз концентраційного прикордонного шару призводить до збільшення дифузійного опору, зниження продуктивності технологічних систем, зростання енергоспоживання, прискорення процесів мембранного забруднення (фулінгу) та скорочення ресурсу роботи обладнання. У зв’язку зі зростанням вимог до енергоефективності, надійності та екологічної безпеки сучасних технологічних процесів проблема концентраційної поляризації набуває особливої актуальності. Метою роботи є узагальнення сучасного стану досліджень концентраційної поляризації в мембранних процесах очищення та опріснення води, аналіз основних фізичних механізмів її виникнення, сучасних методів математичного моделювання й експериментального дослідження, а також визначення перспективних напрямів розвитку технологій, спрямованих на мінімізацію негативного впливу цього явища. Методологічною основою дослідження стали аналіз і систематизація сучасних наукових публікацій, присвячених процесам зворотного осмосу, нанофільтрації, ультрафільтрації, мікрофільтрації та прямого осмосу. У роботі розглянуто сучасні теоретичні моделі концентраційної поляризації, можливості використання методів обчислювальної гідродинаміки (CFD), цифрової голографічної інтерферометрії, лазерно-індукованої флуоресценції та інших експериментальних підходів для дослідження локальних процесів масопереносу. Проаналізовано вплив конструктивних параметрів мембранних каналів, гідродинамічних режимів, турбулізаторів потоку, властивостей мембранних матеріалів і внутрішньої концентраційної поляризації на ефективність мембранних процесів. Окрему увагу приділено сучасним тенденціям використання цифрових двійників, методів машинного навчання та штучного інтелекту для прогнозування розвитку концентраційної поляризації й оптимізації режимів роботи обладнання. Показано, що комплексне застосування сучасних експериментальних і чисельних методів дослідження створює передумови для підвищення продуктивності мембранних систем, зменшення енергетичних витрат, уповільнення процесів фулінгу та збільшення терміну експлуатації обладнання. Практичне значення роботи полягає в систематизації сучасних підходів до керування процесами концентраційної поляризації, результати якої можуть бути використані під час проєктування, моделювання та вдосконалення мембранного обладнання для систем водоочищення, водопідготовки й інших процесів енергетичного машинобудування. | |
| dc.description.abstracteng | Concentration polarization is one of the key mass transfer phenomena occurring in membrane separation processes, electrochemical systems, heat and mass transfer equipment, and numerous technological processes in power engineering and industrial machinery. The phenomenon is associated with the formation of a concentration boundary layer near the phase interface, where the concentration of dissolved substances differs significantly from that in the bulk solution. This results in additional diffusion resistance, reduced process productivity, increased energy consumption, accelerated membrane fouling, and shortened equipment service life. As the requirements for energy efficiency, operational reliability, and environmental sustainability continue to increase, concentration polarization has become one of the major challenges limiting the performance of modern membrane and mass transfer systems. The aim of this study is to summarize the current state of research on concentration polarization in membrane-based water treatment and desalination processes, to analyze the physical mechanisms responsible for its formation, to review contemporary theoretical, numerical, and experimental approaches to its investigation, and to identify promising directions for minimizing its adverse effects. The study is based on a comprehensive analysis and systematization of recent scientific publications devoted to reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration, and forward osmosis technologies. Particular attention is given to modern mathematical models describing concentration polarization, computational fluid dynamics (CFD) simulations, and advanced experimental techniques, including digital holographic interferometry and laser-induced fluorescence, which enable direct visualization of concentration boundary layers and local mass transfer phenomena. The influence of membrane structure, channel geometry, hydrodynamic conditions, flow turbulators, and membrane surface properties on the development of concentration polarization is analyzed. Special consideration is also given to internal concentration polarization in forward osmosis membranes and to recent advances in nanocomposite membrane materials designed to reduce concentration polarization and membrane fouling. The review demonstrates that integrating experimental observations with numerical simulations provides new opportunities for understanding and controlling concentration polarization in complex engineering systems. Furthermore, the rapid development of digital twins, artificial intelligence, and machine learning technologies creates new possibilities for predictive modeling, process optimization, and intelligent control of membrane systems. The practical significance of the study lies in the systematization of modern approaches aimed at mitigating concentration polarization and membrane fouling, the results of which can be applied in the design, optimization, and operation of membrane equipment for water treatment, desalination, and other industrial mass transfer processes. | |
| dc.identifier.citation | Мишковець, С. M. Явище концентраційної поляризації: стан проблеми і актуальні напрямки досліджень = Concentration polarization phenomenon: current state of the problem and emerging research directions / С. M. Мишковець // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 3 (506). – С. 76–85. | |
| dc.identifier.govdoc | https://doi.org/10.15589/znp2026.3(506).9 | |
| dc.identifier.issn | 3154-8245 (Print) | |
| dc.identifier.issn | 3154-8253 (Online) | |
| dc.identifier.uri | https://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13897 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.relation.ispartofseries | 628.16:66.081.63 | |
| dc.subject | концентраційна поляризація | |
| dc.subject | масоперенос | |
| dc.subject | цифровий двійник | |
| dc.subject | галузеве машинобудування | |
| dc.subject | мембрані технології | |
| dc.subject | concentration polarization | |
| dc.subject | mass transfer | |
| dc.subject | digital twin | |
| dc.subject | industrial engineering | |
| dc.subject | membrane technologies | |
| dc.title | Явище концентраційної поляризації: стан проблеми і актуальні напрямки досліджень | |
| dc.title.alternative | Concentration polarization phenomenon: current state of the problem and emerging research directions | |
| dc.type | Стаття |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Myshkovets Sergii M. .pdf
- Size:
- 2 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format