Termomagnetická konvekce - Thermomagnetic convection

Ferrofluidy lze zvyknout přenášet teplo, protože teplo a hromadná doprava v takových magnetických kapalinách lze ovládat pomocí externího magnetické pole.

B. A. Finlayson poprvé vysvětlen v roce 1970 (ve své práci „Konvektivní nestabilita feromagnetických tekutin“, Journal of Fluid Mechanics, 40: 753-767) jak se měnící magnetické pole působilo na ferrofluid magnetická susceptibilita, např. kvůli teplotnímu gradientu, vede k nerovnoměrné magnetické síle těla, která vede k termomagnetická konvekce. Tato forma přenosu tepla může být užitečná v případech, kdy je konvenční proudění nedokáže zajistit dostatečný přenos tepla, např. v miniaturních mikroskopických zařízeních nebo za podmínek snížené gravitace.

Skupina Ozoe studovala termomagnetickou konvekci experimentálně i numericky. Ukázali, jak vylepšit, potlačit a invertovat režimy konvekce.[1][2][3] Rovněž provedli analýzu škálování paramagnetických tekutin v podmínkách mikrogravitace.[4]

Komplexní přehled termomagnetické konvekce (A. Mukhopadhyay, R. Ganguly, S. Sen a Puri I. K., "Analýza škálování pro charakterizaci termomagnetické konvekce", International Journal of Heat and Mass Transfer 48: 3485-3492, (2005)) také ukazuje, že tuto formu konvekce lze korelovat s bezrozměrným magnetem Rayleighovo číslo. Následně tato skupina vysvětlila, že k pohybu tekutiny dochází v důsledku přítomnosti a Kelvinova síla těla to má dva termíny. První termín lze považovat za magnetostatický tlak, zatímco druhý je důležitý pouze v případě, že existuje prostorový gradient náchylnosti k tekutinám, například v neizotermickém systému. Chladnější tekutina, která má větší magnetickou susceptibilitu, je přitahována k oblastem s větší intenzitou pole během termomagnetické konvekce, která vytlačuje teplejší tekutinu s nižší susceptibilitou. Ukázali, že termomagnetickou konvekci lze korelovat s bezrozměrným magnetickým Rayleighovým číslem. Přenos tepla díky této formě proudění může být pro systémy s malými rozměry mnohem účinnější než proudění vyvolané vztlakem.[5]

Ferrofluid magnetizace závisí na místní hodnotě aplikovaného magnetického pole H stejně jako na magnetické susceptibilitě kapaliny. V toku ferrofluidu zahrnujícího různé teploty, citlivost je funkcí teploty. To vytváří sílu, kterou lze vyjádřit v Navier – Stokes nebo rovnice hybnosti řídící tok tekutiny jako „Kelvinova tělesná síla (KBF)“.

KBF vytváří statické tlakové pole, které je symetrické kolem magnetu, např. Liniového dipólu, který produkuje a kučera - volné silové pole, tj. zvlnění (ℑ) = 0 pro konstantní teplotu. Takové symetrické pole rychlost nemění. Pokud je však teplotní rozložení kolem vnuceného magnetického pole asymetrické, je tomu tak i v KBF, v takovém případě se zvlní (ℑ) ≠ 0. Taková asymetrická síla těla vede k pohybu ferrofluidu napříč izotermy.

Reference

  1. ^ Bednarz, Tomasz; Tagawa, Toshio; Kaneda, Masayuki; Ozoe, Hiroyuki; Szmyd, Janusz S. (2004). „Magnetická a gravitační konvekce vzduchu s cívkou nakloněnou kolem osy X“. Numerický přenos tepla, část A: Aplikace. 46 (1): 99–113. Bibcode:2004NHTA ... 46 ... 99B. doi:10.1080/10407780490457464. S2CID  119902658.
  2. ^ http://www.htsj.or.jp/TSE/TSE_14_4/TSE_14_4_7.pdf
  3. ^ Bednarz, Tomasz; Patterson, John C .; Lei, Chengwang; Ozoe, Hiroyuki (2009). "Posílení přirozené konvekce v krychli pomocí silného magnetického pole - experimentální měření rychlosti přenosu tepla a vizualizace toku". Mezinárodní komunikace v přenosu tepla a hmoty. 36 (8): 781–786. doi:10.1016 / j.icheatmasstransfer.2009.06.005.
  4. ^ Bednarz, Tomasz P .; Lin, Wenxian; Patterson, John C .; Lei, Chengwang; Armfield, Steven W. (2009). "Škálování pro nestabilní termomagnetickou konvekční mezní vrstvu paramagnetických tekutin Pr> 1 v podmínkách mikro-gravitace". International Journal of Heat and Fluid Flow. 30 (6): 1157–1170. doi:10.1016 / j.ijheatfluidflow.2009.08.003.
  5. ^ Phys. Fluids 16, 2228 (2004); doi: 10,1063 / 1,1736691 (9 stránek)