Феррожидкости могут использоваться для передачи тепла , поскольку перенос тепла и массы в таких магнитных жидкостях можно контролировать с помощью внешнего магнитного поля .
Б. А. Финлейсон впервые объяснил в 1970 г. (в своей статье «Конвективная нестабильность ферромагнитных жидкостей», Journal of Fluid Mechanics , 40 : 753-767), как внешнее магнитное поле накладывается на феррожидкость с переменной магнитной восприимчивостью , например, из-за температурного градиента. , приводит к неоднородной магнитной силе тела, что приводит к термомагнитной конвекции . Эта форма теплопередачи может быть полезна в случаях, когда обычная конвекция не может обеспечить адекватную теплопередачу, например, в миниатюрных микромасштабных устройствах или в условиях пониженной гравитации.
Группа Озоэ изучала термомагнитную конвекцию экспериментально и численно. Они показали, как усилить, подавить и инвертировать режимы конвекции. [1] [2] [3] Они также выполнили масштабный анализ парамагнитных жидкостей в условиях микрогравитации. [4]
Всесторонний обзор термомагнитной конвекции (в A. Mukhopadhyay, R. Ganguly, S. Sen, and IK Puri , «Масштабный анализ для характеристики термомагнитной конвекции», International Journal of Heat and Mass Transfer 48 : 3485-3492, (2005)) также показывает, что эту форму конвекции можно соотнести с безразмерным магнитным числом Рэлея . Впоследствии эта группа объяснила, что движение жидкости происходит из-за наличия силы тела Кельвина, которая имеет два члена. Первый член можно рассматривать как магнитостатическое давление, в то время как второй важен только при наличии пространственного градиента восприимчивости жидкости, например, в неизотермической системе. Более холодная жидкость с большей магнитной восприимчивостью притягивается к областям с большей напряженностью поля во время термомагнитной конвекции, которая вытесняет более теплую жидкость с меньшей восприимчивостью. Они показали, что термомагнитную конвекцию можно коррелировать с безразмерным магнитным числом Рэлея. Передача тепла благодаря этой форме конвекции может быть намного более эффективной, чем конвекция, вызванная плавучестью, для систем с небольшими размерами. [5]
Намагниченность феррожидкости зависит от локального значения приложенного магнитного поля H, а также от магнитной восприимчивости жидкости. В потоке феррожидкости при различных температурах восприимчивость является функцией температуры. Это создает силу, которая может быть выражена в уравнении Навье – Стокса или импульса, определяющем поток жидкости, как «телесная сила Кельвина (KBF)».
КБФ создает поле статического давления, которое симметрично относительно магнита, например, линейного диполя, который производит локон поле -free силы, т.е. завиток ( ℑ ) = 0 при постоянной температуре потока. Такое симметричное поле не изменяет скорость. Однако, если распределение температуры вокруг наложенного магнитного поля асимметрично, то и KBF будет асимметричным, и в этом случае curl ( ℑ ) ≠ 0. Такая асимметричная объемная сила приводит к движению феррожидкости через изотермы .
Рекомендации
- ^ Беднарз, Томаш; Тагава, Тосио; Канеда, Масаюки; Озоэ, Хироюки; Шмид, Януш С. (2004). «Магнитная и гравитационная конвекция воздуха с катушкой, наклоненной вокруг оси X». Числовая теплопередача, Часть A: Приложения . 46 (1): 99–113. Bibcode : 2004NHTA ... 46 ... 99B . DOI : 10.1080 / 10407780490457464 . S2CID 119902658 .
- ^ http://www.htsj.or.jp/TSE/TSE_14_4/TSE_14_4_7.pdf
- ^ Беднарз, Томаш; Паттерсон, Джон С .; Лэй, Чэнван; Озоэ, Хироюки (2009). «Повышение естественной конвекции в кубе с помощью сильного магнитного поля - экспериментальные измерения скорости теплопередачи и визуализация потока». Международные коммуникации в тепло- и массообмене . 36 (8): 781–786. DOI : 10.1016 / j.icheatmasstransfer.2009.06.005 .
- ^ Bednarz, Tomasz P .; Линь, Вэньсянь; Паттерсон, Джон С .; Лэй, Чэнван; Армфилд, Стивен В. (2009). «Масштабирование нестационарного термомагнитного конвективного пограничного слоя парамагнитных жидкостей Pr> 1 в условиях микрогравитации». Международный журнал тепла и потока жидкости . 30 (6): 1157–1170. DOI : 10.1016 / j.ijheatfluidflow.2009.08.003 .
- ^ Phys. Fluids 16, 2228 (2004); DOI: 10.1063 / 1.1736691 (9 страниц)