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Artículo

Mathematical model for acid water neutralization with anomalous and fast diffusion

Ceretani, Andrea NoemíIcon ; Bollati, JulietaIcon ; Fusi, L.; Rosso, F.
Fecha de publicación: 06/2018
Editorial: Elsevier
Revista: Nonlinear Analysis-real World Applications
ISSN: 1468-1218
Idioma: Inglés
Tipo de recurso: Artículo publicado
Clasificación temática:
Matemática Aplicada

Resumen

In this paper we model the neutralization of an acid solution in which the hydrogen ions are transported according to Cattaneo’s diffusion. The latter is a modification of classical Fickian diffusion in which the flux adjusts to the gradient with a positive relaxation time. Accordingly the evolution of the ions concentration is governed by the hyperbolic telegraph equation instead of the classical heat equation. We focus on the specific case of a marble slab reacting with a sulphuric acid solution and we consider a one-dimensional geometry. We show that the problem is multi-scale in time, with a reaction time scale that is larger than the diffusive time scale, so that the governing equation is reduced to the one-dimensional wave equation. The mathematical problem turns out to be a hyperbolic free boundary problem where the consumption of the slab is described by a nonlinear differential equation. Global well posedness is proved and some numerical simulations are provided.
Palabras clave: NEUTRALIZATION , REACTION KINETICS , MULTI-SCALE MODELING , FREE BOUNDARY PROBLEM , ANOMALOUS DIFFUSION
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info:eu-repo/semantics/openAccess Excepto donde se diga explícitamente, este item se publica bajo la siguiente descripción: Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Argentina (CC BY-NC-ND 2.5 AR)
Identificadores
URI: http://hdl.handle.net/11336/101525
DOI: https://doi.org/10.1016/j.nonrwa.2017.11.006
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1468121817301797
URL: https://arxiv.org/abs/1707.09962
Colecciones
Articulos(CCT - ROSARIO)
Articulos de CTRO.CIENTIFICO TECNOL.CONICET - ROSARIO
Citación
Ceretani, Andrea Noemí; Bollati, Julieta; Fusi, L.; Rosso, F.; Mathematical model for acid water neutralization with anomalous and fast diffusion; Elsevier; Nonlinear Analysis-real World Applications; 41; 6-2018; 509-528
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